Bei einem Spitzentreffen am ehemaligen Kernkraftwerkstandort Biblis hat Ministerpräsident Boris Rhein laserbasierte Kernfusion als Schlüsseltechnologie für eine saubere und wirtschaftliche Energieversorgung bezeichnet. Auch Professor Thomas Nilsson, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, nahm an dem Treffen teil und unterzeichnete gemeinsam mit zahlreichen Vertreter*innen aus Politk, Wirtschaft und Wissenschaft ein Memorandum of Understanding (MoU) zur Kernfusion.
„Wir brauchen einen technologieoffenen Energiemix, denn die Sonne scheint nicht immer, und der Wind weht nicht dauernd. Nur wenn Energie jederzeit verfügbar ist und für jedermann bezahlbar bleibt, können wir unseren Wohlstand sichern. Die Kernfusion kann dabei der Gamechanger sein und den entscheidenden Durchbruch bringen“, sagte Regierungschef Boris Rhein in Biblis. Die Landesregierung will gemeinsam mit Vertreter*innen aus Wirtschaft und Forschung den Weg in Richtung der kommerziellen Fusionsenergie gehen. „Wir bekennen uns zu einer gemeinsamen Vision. Wir wollen Hessen als Leitstandort für die Spitzenforschung und Entwicklung der laserbasierten Kernfusion etablieren und den Weg in Richtung kommerzieller Fusionsenergie ebnen. Dafür sollen am Standort Biblis eine Demonstrationsanlage sowie später ein Kraftwerk gefördert werden.“
Ministerpräsident Rhein hob die Bedeutung innovationsfreundlicher Politik hervor. „Spitzenforschung für innovative Energieformen muss wieder in Deutschland stattfinden. Es ist ein sehr gutes Signal, dass die künftige Bundesregierung die Fusionsforschung stärker fördern will und das Ziel verfolgt, den weltweit ersten Fusionsreaktor in Deutschland zu bauen. Wir dürfen nicht überall aussteigen, sondern müssen auch wieder einsteigen“, sagte der Regierungschef und ergänzte: „Ich bin fest davon überzeugt, dass wir die Kernfusion zum Energielieferanten der Zukunft machen können. Dabei soll Biblis zu einer Keimzelle für die Energieversorgung ,made in Hessen‘ werden – und Hessen damit zum Kernfusionsstandort Nummer eins. Die Landesregierung stellt dazu in diesem Jahr bis zu 20 Millionen Euro für die Erforschung der Kernfusion bereit.“ Außer staatlichen Investitionen wolle man auch private Mittel sowie Fördergeld aus Bundes- und EU-Programmen nutzen.
Der stellvertretende Regierungschef, Wirtschaftsminister Kaweh Mansoori, machte deutlich, dass der weltweite Energiebedarf in den nächsten Jahrzehnten weiter wachsen wird. „Das stellt uns vor die dringliche Aufgabe, alle verfügbaren Optionen zu nutzen, um eine klimafreundliche, sichere und wirtschaftliche Energieversorgung sicherzustellen. Neben dem Ausbau der Wind- und Solarenergie setzen wir deshalb auch auf Investitionen in Zukunftstechnologien wie die laserbasierte Kernfusion. Deutschland und insbesondere Hessen sind dafür hervorragend positioniert“, sagte er und fügte hinzu: „Mit Unternehmen wie Focused Energy in Darmstadt und den exzellenten wissenschaftlichen Einrichtungen vor Ort haben wir Akteure, die in der internationalen Fusionsforschung Maßstäbe setzen. Für Hessen bietet sich hier die historische Chance, eine Schlüsseltechnologie nicht nur zu entwickeln, sondern auch wettbewerbsfähig zu produzieren. Dies ist ein entscheidender Schritt, um unsere Innovationskraft und Unabhängigkeit in einer Zeit zu stärken, in der internationale Lieferketten und Energieimporte zunehmend unsicher werden. Ich bin davon überzeugt, dass die Energiewirtschaft und die Industrielandschaft in Hessen zukunftsfähig ausgebaut werden können. Dazu wollen wir den Aufbau einer hochentwickelten Infrastruktur und die Schaffung neuer Arbeitsplätze in Forschung, Entwicklung und industrieller Fertigung vorantreiben.“
„Fusionsenergie bietet langfristig ein großes Potenzial“, sagte Timon Gremmels, Hessischer Minister für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur. „Bis es so weit ist, liegt noch viel spannende Forschungsarbeit vor uns. Wir wollen Hessen als einen Leitstandort für die Spitzenforschung und die Entwicklung der laserbasierten Kernfusion etablieren. Gleichzeitig wollen wir zu kurz- und mittelfristig markttauglichen erneuerbaren Energien und Speichertechnologien forschen, um bis 2045 klimaneutral zu werden. Hierfür haben wir in Hessen mit unserer starken Forschungslandschaft und dem geplanten Exzellenzcluster ,Energie 2040‘ die besten Voraussetzungen. Indem wir beides gleichermaßen vorantreiben, können wir teure Abhängigkeiten in der fossilen Energieversorgung beenden.“
„GSI und FAIR treiben mit ihrer Grundlagenforschung und Expertise in den Bereichen Plasmaphysik und Materialforschung bereits seit Jahrzehnten die Technologiereife der laserbasierten Fusion voran“, sagte Thomas Nilsson anlässlich der Veranstaltung. „In der Ausbildung junger Forschender geben wir das notwendige Wissen an neue Generationen weiter und ebenen den Weg für zukünftige gesellschaftlich relevante Anwendungen. Unsere Arbeit ist ein unverzichtbares Rückgrat für die industrielle Anwendung und trägt zur nationalen und internationalen Vorreiterrolle Hessens bei.“
In dem MoU bekennen sich Vertreter*innen aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft dazu, den Weg zur kommerziellen Fusionsenergie für Hessen zu gehen und das Land als Leitstandort für Spitzenforschung und die Entwicklung der laserbasierten Kernfusion zu etablieren.
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Umgesetzt wird das SCIENCE-POP-UP-Projekt von GSI/FAIR für einen begrenzten Zeitraum über den Sommer hinweg in einem derzeit ungenutzten Ladengeschäft in der Darmstädter Innenstadt. Es ist in enger Zusammenarbeit mit dem Ladenflächen- und Quartiersmanagement der Wissenschaftsstadt Darmstadt Marketing GmbH entstanden. Das Projekt Stadtpunkte des Ladenflächen- und Quartiersmanagements testet neue Innenstadtkonzepte in Leerständen und wird aus dem Innenstadtprogramm „Zukunftsfähige Innenstädte und Zentren“ des Bundesministeriums für Wohnen, Stadtentwicklung und Bauwesen gefördert.
Der Mitmachraum von GSI/FAIR hat das Ziel, ein Stück Forschung und Hightech zum Anfassen temporär mitten in das Zentrum der Wissenschaftsstadt Darmstadt zu tragen und die Faszination für Physik bei Groß und Klein zu wecken. Als eng mit Darmstadt und der Region verwurzeltes, weltweit agierendes Spitzenforschungszentrum freut sich GSI/FAIR zudem, mit der Zwischennutzung einer derzeit leerstehenden Ladenfläche auch einen Beitrag zur Belebung der Innenstadt leisten zu können.
Das innovative Projekt bietet ein breit gefächertes Themenspektrum von der kreativen Wissensvermittlung für alle Interessierten bis hin zur gezielten didaktischen Förderung zukünftiger Forschender. Dabei können zufällig vorbeischauende Passant*innen ebenso wie beispielsweise die Physik-AG einer Schule in der Mitmachausstellung abwechslungsreiche Einblicke in die Forschung an Teilchenbeschleunigern gewinnen. Junge Teams und erfahrene Forschende von GSI und FAIR präsentieren verschiedene Themen und stehen für alle Fragen der Besuchenden bereit. Was sind die kleinsten Bausteine des Universums? Wie wird mit Detektoren das Unsichtbare sichtbar? Wo kommen die Elemente her?
Es gibt Angebote speziell für Schulklassen, virtuelle Führungen und vieles mehr. Zusätzlich machen Workshops oder Vorträge die Spitzenforschung von GSI und FAIR für Menschen in und um Darmstadt erfahrbar. An den interaktiven Stationen können große und kleine Entdecker*innen lernen, was es heißt, das Universum im Labor zu erforschen, beispielsweise in der Nebelkammer natürliche Strahlung sichtbar machen oder beim Beschleunigerspiel nachvollziehen, wie die Teilchen im Linearbeschleuniger von GSI/FAIR auf Geschwindigkeit gebracht werden. Eine VR-Station schlägt eine virtuelle Brücke von der Innenstadt zum GSI/FAIR-Campus in Darmstadt-Wixhausen und führt mit einer Virtual-Reality-Brille direkt zu den Anlagen des bestehenden Forschungszentrums und zum Mega-Bauprojekt FAIR. Eine einmalige Gelegenheit, internationale Spitzenforschung hautnah kennenzulernen und mit FAIR einen Blick in die Zukunft der Forschung zu werfen. (BP)
Professor Dr. Thomas Nilsson, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Wir freuen uns sehr, ein attraktives und kostenfreies Bildungsangebot aus dem MINT-Bereich zur Verfügung stellen zu können. Wir möchten mit dem Projekt bereits bei jungen Menschen Neugierde und Faszination für die Forschung wecken, Wissenschaft benötigt interessierten Nachwuchs und viele kluge Köpfe, die ihr Talent für die Forschung einsetzen. Aber auch die Bevölkerung ist jederzeit willkommen, die Begeisterung, die uns Forschende antreibt, zu erleben und zu spüren und spannende Entdeckungen rund um das Universum im Labor zu machen.“
Heike Hofmann, Hessische Ministerin für Arbeit, Integration, Jugend und Soziales: „Kinder und Jugendliche sind unsere Zukunft. Sie sind unsere nächsten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Ingenieurinnen und Ingenieure, Lehrerinnen und Lehrer. Deshalb freue ich mich sehr, dass der SCIENCE POP-UP eine einzigartige Plattform schafft, die alle Bürgerinnen und Bürger einlädt, Wissenschaft hautnah zu erleben und auf spielerische Weise komplexe Themen zu entdecken. Gerade in einer Zeit, in der wissenschaftliche Erkenntnisse unser tägliches Leben prägen, ist es von zentraler Bedeutung, Forschung für alle zugänglich zu machen.“
Hanno Benz, Oberbürgermeister Wissenschaftsstadt Darmstadt: „Darmstadt ist Wissenschaftsstadt und prägt unser tägliches Leben. Deshalb ist es umso wichtiger, Wissenschaft für alle erlebbar zu machen – gerade auch für die junge Generation. Mit dem SCIENCE POP-UP von GSI/FAIR wird genau das möglich: Hier wird Wissenschaft greifbar und spannend vermittelt. Ich freue mich, dass dieses innovative Projekt dazu beiträgt, unsere Innenstadt noch lebendiger zu gestalten und neue Ideen zu fördern. Handel, Gastronomie, Kultur, Wissenschaft und Stadtgesellschaft – all das gehört zusammen und treibt den Transformationsprozess unserer Stadt aktiv voran.“
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionen. Forschende aus aller Welt nutzen die Anlage für Experimente, darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. Derzeit entsteht bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR, eines der größten Bauvorhaben für die Forschung weltweit. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute.
Mehr Informationen und Ankündigungen zu Veranstaltungen im SCIENCE POP-UP von GSI und FAIR
Mehr Informationen zum Projekt Stadtpunkte des Ladenflächen- und Quartiersmanagements
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Dr. Kshitij Agarwal hat seine Dissertation an der Universität Tübingen vorgelegt. Mit seiner Arbeit “Thermal Management of the Silicon Tracking System of the CBM-Experiment at FAIR” hat er wesentliche Beiträge zu dem Design des Kühlungselements des Silicon Tracking Systems (STS) und zur Optimierung der Konstruktion der STS-Module, sowie zur Überwachung der Umgebungsparameter geleistet. Dazu hat er im Rahmen seiner Dissertation einen realistischen thermischen CBM-STS-Demonstrator entwickelt, um experimentell das Kühlkonzept und die Simulationsergebnisse zu bestätigen.
Hervorgehoben wurde von der CBM Kollaboration „die hohe Relevanz der Arbeit für die Entwicklung des Konzepts für das STS-Kühlsystem und seine direkten Auswirkungen in den endgültigen STS-Betrieb“.
Der CBM-Ausschuss für den Dissertationspreis hat über die eingereichten Arbeiten entschieden. Dem Ausschuss gehören Petr Chaloupka, Krzysztof Piasecki und Alberica Toia (Vorsitz) an. CBM-Sprecherin ist Tetyana Galatyuk, Vorsitzende des CBM-Kollaborationsausschusses Hanna Zbroszczyk. (LK/BP)
]]>Die BIR-Medaille wird in Anerkennung für transformative und herausragende Leistungen in der Radiologie, der Radioonkologie und den damit verbundenen Wissenschaften auf der ganzen Welt verliehen. Ausgezeichnet wird Professor Durante für seine wichtigen Arbeiten zur Krebstherapie mit hochenergetischen Schwerionen. Professor Durante, der auch zu einem Plenumsvortrag über Partikeltherapie in London eingeladen war, zeigte sich sehr geehrt, den Preis zu erhalten.
Die Auszeichnung wird in Form einer Medaille verliehen und beinhaltet auch die Ehrenmitgliedschaft des Instituts. Das British Institute of Radiology ist die älteste radiologische Gesellschaft der Welt mit einer sehr internationalen und multidisziplinären Mitgliederstruktur. Alle zwei Jahre wählt die Nominierungs- und Jurykommission des BIR geeignete Empfänger*innen für die Auszeichnung aus.
Professor 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 Physikalischen Gesellschaft (EPS), dem von der European Radiation Research Society (ERRS) vergebenen Bacq & Alexander-Preis, dem Failla-Preis der Radiation Research Society, dem Henry-Kaplan-Preis der Internationalen Gesellschaft zur Strahlenforschung IARR und dem Ellen-Gleditsch-Preis der Norwegischen Akademie der Wissenschaften. 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), der weltweiten Organisation der Partikeltherapie-Zentren. (BP)
Mehr über das British Institute of Radiology
Mehr zur Forschung von Professor Marco Durante und der GSI-Abteilung Biophysik
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Im Rahmen der ALICE-Masterclass bekamen die Schüler*innen einen Einblick in die wissenschaftliche Arbeit und die Datenauswertung. Unter fachkundiger Begleitung durch die Wissenschaftler*innen 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 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/FAIR-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Netzwerks 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)
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Zum Auftakt erhielten die Besucherinnen eine umfassende Präsentation über die aktuellen Forschungsaktivitäten sowie die Bau- und Entwicklungsfortschritte von FAIR. Dabei wurden sowohl die bereits erfolgten Meilensteine als auch die weiteren Pläne für den Betrieb des künftigen Beschleunigerzentrums erörtert.
Anschließend führte ein Rundgang über den GSI-Campus die Gäste zu einigen zentralen Forschungs- und Infrastrukturbereichen. Unter anderem wurde das Targetlabor besichtigt, in dem mit verschiedenen Verfahren hauchdünne Folien für Experimente hergestellt werden. Außerdem wurde die Experimentierplatz der Abteilung Biophysik besichtigt, in der unter anderem die Krebstherapie mit Ionenstrahlen entwickelt wurde und in dem weiterhin auf den Gebieten Weltraumforschung, Therapie und Strahlenbiologie geforscht wird. Der Experimentierspeicherring CRYRING, der für präzise Messungen atomarer, astrophysikalischer und kernphysikalischer Prozesse eingesetzt wird, sowie der HADES-Detektor, der für die Untersuchung von Schwerionenkollisionen und die Erforschung von extremen Zuständen, wie sie im Inneren von Neutronensternen auftreten, genutzt wird, standen ebenfalls auf dem Programm.
Als weiteren Höhepunkt stand die Besichtigung der FAIR-Baustelle auf dem Programm, bei der die Gäste die neuesten baulichen Fortschritte sowie den bereits begonnenen Einbau hochmoderner Beschleunigerkomponenten im Tunnel aus nächster Nähe erleben konnten. Zudem wurden das Hauptversorgungsgebäude, der 17 Meter unter der Erde gelegene Beschleunigertunnel SIS100, das Kreuzungsbauwerk für die Strahlverteilung, das Gebäude für das Experiment CBM sowie die Experimentierhalle von NUSTAR besichtigt.
Die Landtagsabgeordneten äußerten sich sehr positiv über die Fortschritte bei GSI/FAIR seit ihrem letzten Besuch und betonten die wichtige Rolle des Forschungszentrums für den Wissenschaftsstandort Hessen und die internationale Forschungsgemeinschaft. Besonders beeindruckt zeigten sie sich von der effizienten Zusammenarbeit der verschiedenen Bereiche - von der Infrastruktur über die Forschung bis hin zu den Beschleunigertechnologien. Dieses komplexe Zusammenspiel ist entscheidend für den erfolgreichen Betrieb einer so hochmodernen Einrichtung wie GSI/FAIR. (JL)
]]>Nach seiner Promotion im Jahr 1970 bei Rudolf Bock forschte Hans Gutbrod zunächst auf dem Gebiet der Schwerionenphysik bei niedrigen Energien in Heidelberg und Rochester.
Hans Gutbrod prägte die Anfänge der relativistischen Schwerionenphysik 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. 1988 erhielt er dafür zusammen mit Reinhard Stock den Robert-Wichard-Pohl-Preis.
Hans Gutbrod setzte die Untersuchungen am CERN-Beschleuniger SPS fort, wo er Sprecher der bahnbrechenden SPS-Schwerionenexperimente WA80/93/98 war. Gemeinsam mit Jürgen Schuhkraft und anderen legte er auch den Grundstein für das LHC-Experiment ALICE und leistete entscheidende Beiträge zur Gestaltung des heutigen Messaufbaus.
In 1995 wurde Hans Gutbrod 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-Myonen-Spektrometers war. Er war dort eine treibende Kraft in der Entwicklung des Instituts.
Im März 2001 entschied sich Hans Gutbrod zu GSI zurückzukehren, um am GSI-Zukunftsprojekt FAIR zu arbeiten. Seine Gabe, andere von neuen Ideen zu begeistern, und sein Gestaltungswille waren essentiell für die große Herausforderung des FAIR-Vorhabens, für dessen wissenschaftliche und organisatorische Vorbereitung er bis 2008 als Projektleiter und Leiter des FAIR Joint Core Teams zuständig war.
Bei zahllosen Workshops in vielen Ländern gelang es ihm, eine breite Beteiligung von Wissenschaftler*innen aus verschiedenen Wissenschaftsbereichen am FAIR-Projekt zu organisieren. Die im Rahmen der Schwerionenexperimente am CERN geknüpften Verbindungen, insbesondere zu Forschungsinstituten in Indien, nutzte er auch für FAIR.
Hans Gutbrod war Honorarprofessor am Fachbereich Physik der Goethe-Universität Frankfurt am Main und Ehrendoktor der Universität Lund. Seit 1992 war er Fellow der American Physical Society.
GSI und FAIR werden Hans Gutbrod als herausragenden Wissenschaftler, geschätzten Kollegen, vor allem aber als einen großartigen Menschen in bleibender Erinnerung behalten. Seine Offenheit und Begeisterung für neue Ideen bleiben für Kolleg*innen und Freund*innen unvergesslich. GSI und FAIR nehmen mit großem Dank und tiefem Respekt Abschied von Hans Gutbrod. Seiner Familie gilt unser tiefes Mitgefühl.
Geschäftsführung und Belegschaft von GSI und FAIR
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GSI/FAIR präsentierten sich auf der Ausbildungsveranstaltung mit einem Stand und Werbematerialien zu den Ausbildungsberufen Anlagenmechaniker*in, Elektroniker*in, Fachinformatiker*in, Industriemechaniker*in, Konstruktionsmechaniker*in und Kaufleute für Büromanagement sowie zu dualen Studiengängen und Praktika. Vier Mitarbeitende aus den Ausbildungsabteilungen und dem Personalentwicklung standen für Gespräche mit den Jugendlichen und natürlich für eine Partie Tischkicker bereit.
Der Karriere Kick ist Deutschlands innovativste Karrieremesse für Ausbildungsbetriebe. Bei klassischen Vorstellungsgesprächen herrscht eine gewisse Distanz. Das Tischkickerspiel ermöglicht es, diese starren Verhaltensmuster zu brechen und wieder in authentische Begegnungen kommen. Die Einstiegshürde ist gering und die Berührungsängste verschwinden. So kommen Jugendliche und Unternehmen auf Augenhöhe in Kontakt. Die Emotionen, die beim Spiel entstehen, sorgen dafür, dass Jugendliche und Unternehmen sich aneinander erinnern. Im Spiel zeigen sich die Sozialkompetenzen der Bewerber und Unternehmensvertreter*innen innerhalb weniger Minuten und beide können einschätzen, ob man zueinander passt. (CP)
Empfangen wurden die Gäste von Professor Thomas Nilsson, dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Katharina Stummeyer, der Administrativen Geschäftsführerin von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer von GSI und FAIR.
Zunächst erhielten die Minister einen informativen Überblick über das FAIR-Projekt, eines der größten Bauvorhaben für die Spitzenforschung weltweit, sowie über die Forschungserfolge und die aktuelle Campus-Entwicklung der GSI. Danach standen Einblicke in einige Forschungsanlagen für FAIR, beispielsweise das R3B-Experiment mit FAIR-Detektoren und die Tumortherapie mit Ionenstrahlen, auf dem Programm.
Bei einer Rundfahrt über die Baustelle hatten die Gäste Gelegenheit, die FAIR-Bauaktivitäten auf dem 20 Hektar großen Baufeld östlich des bestehenden GSI/FAIR-Campusgeländes in Augenschein zu nehmen und sich über die erheblichen Baufortschritte zu informieren. Mehrere wichtige Etappen waren in den vergangenen Monaten erreicht worden: Die technische Gebäudeeinrichtung ist weit fortgeschritten, der Rohbau für die aktuelle Ausbaustufe von FAIR ist fertiggestellt. Zudem wurde mit der Installation der FAIR-Beschleunigermaschine begonnen, etliche Hightech-Magnete und Beschleunigerstrukturen sind bereits in den unterirdischen Ringtunnel eingebaut.
Die FAIR-Anlage wird Forschenden aus aller Welt herausragende Experimentiermöglichkeiten bieten, um Materie, wie sie sonst nur im fernen Universum vorkommt, im Labor zu erzeugen und zu erforschen. In großen Planeten, Sternen und Sternexplosionen ist Materie extremen Bedingungen ausgesetzt, zum Beispiel extrem hohen Temperaturen, Drücken oder Dichten. An der FAIR-Anlage können Forschende diese Bedingungen herstellen. (BP)
Cem Özdemir, Bundesminister für Bildung und Forschung: Mit FAIR entsteht am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung bei Darmstadt eine einzigartige Infrastruktur, die für die deutsche und internationale Forschungslandschaft von herausragender Bedeutung sein wird. Mit Forschungsanlagen dieser Art werden nicht nur die Grenzen des Wissens und des technisch Machbaren verschoben, sie sind gleichzeitig wichtige Impulsgeber für Innovationen und ein Pfeiler der deutschen und europäischen Technologiesouveränität. Als internationales Zentrum und Treffpunkt der Grundlagenforschung – insbesondere auch für junge Forschende – ist FAIR eine echte Investition in die Zukunft.
Timon Gremmels, Hessischer Minister für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur: Neben dem Bund investiert auch das Land Hessen seit vielen Jahren in das GSI Helmholtzzentrum und die FAIR-Anlage. Nicht zuletzt das exzellente Forschungsumfeld in Darmstadt – gerade auch für junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler – macht FAIR als international bedeutende Forschungsinfrastruktur möglich. Wissenschaftlicher Erkenntnisgewinn, wie ihn FAIR generieren wird, ist eine unabdingbare Grundlage für Entwicklung und Fortschritt und schafft eine wichtige Basis für die Gesellschaft von morgen. Hessen ist damit einer der Top-Standorte für die Wissenschaft in Europa und weltweit.
Professor Dr. Thomas Nilsson, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: Bei GSI/FAIR entsteht etwas weltweit Einzigartiges. FAIR wird ein hochklassiges experimentelles Umfeld bieten und noch nie dagewesene, zukunftsweisende Forschung in einem breiten Spektrum von Grundlagenforschung bis zu angewandten Forschungsdisziplinen ermöglichen. Erst solche starken Verbünde ermöglichen Vorstöße in wissenschaftliches und technologisches Neuland und sind zugleich ein wichtiger Innovationsmotor für die Gesellschaft.
Dr. Katharina Stummeyer, Administrative Geschäftsführerin von GSI und FAIR: Als außeruniversitäre Forschungseinrichtung leisten GSI/FAIR einen bedeutenden Beitrag zur Stärkung des Wissenschafts- und Technologiestandorts Deutschland. Die Anlage ist ein wichtiges Beispiel internationaler Kooperationen und hat durch ihre Anbindung an die Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren zugleich ein starkes nationales Fundament. GSI/FAIR ist gelebte internationale Zusammenarbeit in der Wissenschaft. Mit exzellenten Spitzenprojekten wie FAIR können Deutschland und Europa ihre Wettbewerbsfähigkeit in der internationalen Forschungslandschaft nachhaltig stärken.
Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR: Bei GSI und FAIR ist eindrucksvoll zu sehen, wie aus einer Vision Realität wird. Durch maßgeschneiderte technologische, bauliche und wissenschaftliche Spitzenleistungen können wir wichtige Weichen dafür stellen, dass exzellente Forschung an FAIR betrieben wird. Das internationale FAIR-Projekt garantiert eine zukunftsträchtige Weiterentwicklung am Standort Darmstadt und bietet innovative Perspektiven für Forschung und Technik. Schon heute können Forschende aus der ganzen Welt die bereits bestehenden Anlagen nutzen, mit dem FAIR-Projekt werden die Dimensionen entscheidend erweitert.
Das Nationale Forschungszentrum für angewandte Cybersicherheit ATHENE und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung starten eine Kooperation in den Bereichen wissenschaftliche Datenverarbeitung und Cybersicherheit. Ziel der Zusammenarbeit ist es, leistungsstarke Infrastrukturen für Forschungsprojekte einzurichten und zu nutzen sowie die Sicherheit von Rechenzentrumstechnologien zu verbessern. ATHENE wird KI-Hochleistungsrechner im GSI-Rechenzentrum „Green IT Cube“ installieren und diese Rechner gemeinsam mit GSI als Reallabor betreiben. Es handelt es sich um eine leistungsstarke KI-Forschungsanlage, mit der sich große Datenmengen mit Hilfe komplexer KI-Modelle analysieren lassen, ohne dass Dritte Zugriff auf Informationen erhalten. So können Forschende auch hochsensitive Daten analysieren oder KI-Angriffe simulieren.
Für die Cybersicherheitsforschung bei ATHENE spielt das Thema künstliche Intelligenz eine zentrale Rolle. Fortschritte in der KI ermöglichen neuartige Cyberangriffe, aber auch neuartige Sicherheitslösungen. Anwendungen, die KI nutzen, müssen gegen Angriffe abgesichert werden. Für seine Forschungsarbeiten benötigt ATHENE sehr viel Rechenleistung und bündelt diese deshalb in einem eigenen ATHENE KI-Labor. Verantwortlich für dieses KI-Labor ist das Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie SIT. Im neuen KI-Labor wird ATHENE einen KI-Hochleistungscluster bestehend aus zwölf Nodes mit jeweils acht High-End- GPUs im Green IT Cube installieren und diesen gemeinsam mit GSI als ATHENE-Reallabor betreiben.
Der Green IT Cube ist eines der leistungsfähigsten und – durch seine innovative Wasserkühlung – nachhaltigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Ein zentraler Bestandteil der Kooperation ist die Bereitstellung von vier Server-Schränken im Green IT Cube, die bei Bedarf auf bis zu sechs erweitert werden können. Diese Racks bieten eine leistungsstarke Infrastruktur für Server, Storage und Netzwerkinfrastruktur. Beide Partner bringen ihre umfangreichen Erfahrungen im Umgang mit Racks und Rechenzentren ein und wollen das Reallabor gemeinsam und mit weiteren Partnern für Forschungsaktivitäten nutzen.
GSI ist einer von acht Standorten der Helmholtz-Gemeinschaft, die im Rahmen der HPC-Gateway-Initiative ihre Hochleistungsrechner-Infrastruktur für kooperative Projekte mit Unternehmen öffnen. Die Initiative zielt darauf ab, Unternehmen bei der Bewältigung von Herausforderungen im Bereich der KI zu unterstützen. GSI bringt dabei langjährige Erfahrung mit dem GSI/FAIR Digital Open Lab ein, einem Reallabor für die Entwicklung und Erprobung von energieeffizientem High-Performance-Computing. Im Rahmen des Digital Open Lab konnten Erfahrungen zur Abstimmung von Rechner- und Speichersystemen auf ein effizientes Kühlsystem und zur Entwicklung nachhaltiger Lösungen für die Industrie gesammelt werden.
Ziel der HPC-Gateway-Initiative ist es, den Wissenstransfer zwischen Forschung und Wirtschaft zu stärken, regionale Innovationsökosysteme zu fördern und die Anforderungen der Wirtschaft an den Einsatz von KI besser zu verstehen. Durch die Kombination von Zugang zu HPC-Technologie, KI-Expertise und Unterstützung durch erfahrene Consultants soll die Initiative Unternehmen auf ihrem Weg zu innovativen Lösungen unterstützen.
„Diese Kooperation ist ein wichtiger Schritt zur Stärkung der digitalen Informationssicherheit und zur Förderung innovativer Lösungen im Bereich der IT-Sicherheit“, sagt Prof. Michael Waidner, ATHENE-Direktor und Leiter des Fraunhofer SIT. „Wir freuen uns auf die Zusammenarbeit mit GSI und die gemeinsamen Projekte.“
„Unser Hochleistungsrechenzentrum Green IT Cube bietet eine einzigartige und performante Infrastruktur, die wir nicht nur unseren eigenen Forschenden, sondern auch der Community im Rahmen des GSI/FAIR Digital Open Lab zur Verfügung stellen möchten“, erläutert Dr. Katharina Stummeyer, Administrative Geschäftsführerin von GSI und FAIR. „Mit dem Fraunhofer SIT haben wir einen starken Partner im Bereich der IT-Sicherheits- und der KI-Forschung hinzugewonnen.“
ATHENE ist ein Forschungszentrum der Fraunhofer-Gesellschaft unter Mitwirkung der Fraunhofer-Institute SIT und IGD sowie der Hochschulen TU Darmstadt, Goethe-Universität Frankfurt am Main und Hochschule Darmstadt. Es wird seit 2019 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur (HMWK) gefördert. ATHENE ist heute das größte und erfolgreichste Forschungszentrum für Cybersicherheit in Europa und betreibt missionsorientierte Spitzenforschung, die auf effizienten Wissenstransfer und schnelle Nutzung von Forschungsergebnissen ausgerichtet ist.
Der Besuch begann mit einem Überblick über die Forschungsaktivitäten und die Fortschritte von FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), der von Professor Thomas Nilsson, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Katharina Stummeyer, administrative Geschäftsführerin von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, präsentiert wurden. Sie erörterten die laufenden Entwicklungen bei FAIR und die zukünftigen Pläne für den Betrieb.
Anschließend besichtigte die Delegation einige der wichtigsten Forschungsbereiche, darunter den Super-Fragmentseparator (Super-FRS), die Experimentierhalle von NUSTAR, den Experimentierplatz der Abteilung Biophysik, den HADES-Detektor, den Green IT Cube und die Plasmaphysik-Labors. Professor Vincent Bagnoud und Dr. Haik Simon gaben vertiefende Einblicke in die wissenschaftliche Spitzenarbeit, die in diesen Bereichen bei FAIR/GSI geleistet wird.
Der Bereich für internationale Kooperationen organisierte auch einen spannenden Austausch zwischen der Delegation und Forschenden französischer Herkunft sowie jungen Studierenden. Dieser wertvolle Austausch unterstrich die Bedeutung der internationalen Zusammenarbeit für die Förderung der wissenschaftlichen Forschung. Der Besuch endete mit einer Besichtigung des laufenden Bauprojekts, bei der Jörg Blaurock die neuesten Infrastrukturentwicklungen vorstellte.
Der Besuch der französischen Delegation unterstreicht das Engagement für eine weitere Stärkung der wissenschaftlichen Beziehungen zwischen Deutschland und Frankreich, wobei der gemeinsame Schwerpunkt auf der Förderung von Forschung und technologischer Innovation liegt.
Professor Thomas Nilsson sagte: „Der wissenschaftliche Fortschritt lebt von der Zusammenarbeit. Der Besuch der Delegation der Französischen Botschaft in Berlin unterstreicht die engen Verbindungen zwischen unseren Forschungsgemeinschaften und bekräftigt unser gemeinsames Bestreben, die Grenzen der Grundlagenphysik zu erweitern. Als Talentschmiede und Innovationsfabrik bietet FAIR und GSI jungen Forschenden in ganz Europa einzigartige Möglichkeiten, die Zukunft der Spitzenforschung mitzugestalten.“
Botschaftsrat Siegfried Martin-Diaz betonte: „FAIR ist ein außergewöhnliches wissenschaftliches Unterfangen, bei dem die internationale Zusammenarbeit Innovationen an der Spitze der Physik vorantreibt. Die Partnerschaft zwischen Frankreich und Deutschland bei dieser Spitzenforschung ist ein Beweis für unser gemeinsames Engagement, Wissen und Technologie zum Nutzen aller voranzutreiben. Ich freue mich auf die nächsten Meilensteine von FAIR.“
Für weitere Informationen über die internationalen Kooperationsaktivitäten mit Frankreich und französischen Institutionen kontaktieren Sie bitte Dr. Pradeep Ghosh (International Cooperations Unit) unter der Mailadresse international-cooperations(at)fair-center.eu. (BP)
Gewürdigt wurde Professorin Ludhova für ihre herausragenden Beiträge zur Entwicklung der Slowakischen Republik in den Feldern Wissenschaft und Technologie sowie für ihre außerordentlichen Bemühungen um die Förderung des Ansehens der Slowakischen Republik im Ausland. Die Auszeichnung würdigt insbesondere Professor Ludhovas wegweisende Arbeit im Bereich der Neutrino-Forschung und ihre langjährige Zusammenarbeit mit internationalen Forschungsinstituten, darunter das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und das Forschungszentrum Jülich.
Professorin Livia Ludhova ist eine führende Wissenschaftlerin im Bereich der Neutrino-Physik. Geboren in Bratislava, legte sie dort zunächst ihren Master und die Promotion in Geologie ab und erwarb einen Master in Physik. Danach zog sie nach Fribourg in der Schweiz, wo sie in experimenteller Kern- und Teilchenphysik promovierte. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen auf der Messung von solaren Neutrinos, Geoneutrinos und Reaktorneutrinos, wobei sie sich auf die Untersuchung der Neutrinoeigenschaften mit großvolumigen Flüssigszintillator-Detektoren spezialisiert hat.
Im Jahr 2005 wurde sie Mitglied der Borexino-Kollaboration, dem unterirdischen Experiment zur Erforschung niederenergetischer solarer Neutrinos in Gran Sasso, Italien, und ist derzeit deren Physik-Koordinatorin. Zudem ist sie seit 2014 Mitglied der internationalen JUNO-Kollaboration, dem unterirdischen Observatorium in Jiangmen, China, zur Erforschung von Neutrinos mit seinem einzigartigen, 20.000 Tonnen schweren Flüssigszintillator-Detektor. Professorin Livia Ludhova ist Mitglied des Vorstands, und ihre Forschungsgruppe konzentriert sich nun auf das Erforschen der Daten aus ersten Inbetriebnahme.
Professorin Livia Ludhova trägt mit ihrer Arbeit maßgeblich zum Verständnis fundamentaler physikalischer Prozesse bei und fördert den wissenschaftlichen Austausch zwischen der Slowakei und internationalen Partnern. Sie ist eine aktive Vertreterin der internationalen, wissenschaftlichen Ausrichtung von GSI/FAIR und ein herausragendes Beispiel für die Förderung von Forschungsexzellenz und Innovation. (BP)
Der Ľudovít-Štúr-Orden ist eine der höchsten staatlichen Auszeichnungen der Slowakei und wird von deren Präsidenten auf Vorschlag der Regierung vergeben. Er wird an Bürger*innen der Slowakischen Republik verliehen und würdigt Persönlichkeiten, die durch ihre herausragenden Leistungen und ihren internationalen Einfluss einen bedeutenden Beitrag zur Entwicklung der Gesellschaft leisten.
Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
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In seiner Dissertation untersuchte Reichert systematisch Schwerionenkollisionen über eine Vielzahl von Energien, von SIS-Energien bei GSI/FAIR bis hin zu RHIC- und LHC-Energien. Dabei konzentrierte er sich auf die Zustandsgleichung der Materie, ein Schlüsselelement zur Beschreibung der Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas und der Phasenübergänge in der QCD. Die Arbeit verbindet modernste theoretische Modelle mit experimentellen Daten und eröffnet neue Perspektiven für die Untersuchung fundamentaler Prozesse im Universum.
Ein zentrales Ergebnis der Dissertation ist die detaillierte Analyse von Flusskoeffizienten, die wertvolle Einblicke in die Dynamik von Schwerionenkollisionen und die thermodynamischen Eigenschaften heißer und dichter Materie liefert. Besonders hervorzuheben ist die Erweiterung der theoretischen Modelle auf die Produktion und Flusseigenschaften von Hyperkernen. Diese Forschung hat das Potenzial, die Wechselwirkungen zwischen Hyperonen und Nukleonen besser zu verstehen und einen Beitrag zur Klärung der Masse-Radius-Relation von Neutronensternen zu leisten – ein wichtiger Aspekt in der Verbindung zwischen Kernphysik und Astrophysik.
Die Ergebnisse seiner Arbeit haben international Aufmerksamkeit erregt und liefern wichtige Grundlagen für die geplanten Experimente an der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). Reicherts Forschung steht exemplarisch für die interdisziplinäre und innovative Herangehensweise, die in der Schwerionenforschung verfolgt wird.
Dr. Tom Reichert erklärte: „Es ist eine große Ehre, diese Auszeichnung zu erhalten. Sie spiegelt nicht nur die Anerkennung meiner Arbeit wider, sondern auch die Unterstützung durch meine Kolleg*innen und Betreuer*innen. Ich freue mich darauf, meine Forschung weiterzuführen und die spannenden Herausforderungen der Schwerionenphysik bei FAIR anzugehen.“
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, Pfeiffer Vacuum+Fab Solutions, verbindet GSI eine langjährige Partnerschaft. Pfeiffer ist Teil der globalen Busch Group und ein weltweit führender Anbieter von Lösungen für Hoch- und Ultrahochvakuumtechnologie mit einem umfangreichen Produktportfolio, das auch Leckdetektoren, Mess- und Analysegeräte sowie Vakuumkomponenten, -kammern und -systeme umfasst. Lösungen von Pfeiffer werden seit Jahrzehnten erfolgreich in den GSI-Anlagen eingesetzt. (CP)
]]>„Der Cluster ist eine ideale Plattform, um interdisziplinäre Partnerschaften aufzubauen, neue Impulse zu erhalten und unsere eigenen Forschungsansätze praxisnah weiterzuentwickeln“, erläutert Stummeyer. „Ein besonderer Reiz der Kooperation liegt für uns in der einzigartigen Möglichkeit, unsere wissenschaftliche Expertise mit einer dynamischen, innovationsgetriebenen Community hier in unserer Region zu verbinden.“
„GSI ist für uns das ‚Perfect Match‘!“, sagt von Hagen nach der Unterschrift des Kooperationsvertrages bei GSI in Darmstadt. „Wir haben es nun geschafft, mit GSI eine der führenden Forschungseinrichtungen Deutschlands in den GreenTech Cluster Rhein-Main-Neckar zu integrieren – das unterstreicht, dass wir uns auf dem richtigen Weg befinden.“
Warum die beiden Einrichtungen in Zukunft miteinander arbeiten werden, ergänzt Dr. Tobias Engert, Leiter des Technologietransfers bei GSI: „Der Cluster schafft ein Netzwerk, das wissenschaftliche Erkenntnisse und technologische Entwicklungen gezielt in nachhaltige Lösungen für die Praxis transferiert. Besonders spannend finden wir die Fokussierung auf zukunftsweisende Themen wie Energieeffizienz und Kreislaufwirtschaft. Diese Aspekte sind nicht nur für unsere Forschung, sondern auch für die gesellschaftliche Transformation entscheidend.“
Besonders profitieren werden die im Cluster angeschlossenen Start-ups, denn GSI bietet ihnen bedeutende Vorteile, indem ihnen Zugang zu wissenschaftlicher Expertise, innovativen Technologien und einer leistungsfähigen Infrastruktur ermöglicht wird. Es gibt bereits konkrete Beispiele – etwa den Green IT Cube, eines der energieeffizientesten Rechenzentren der Welt. Der Green IT Cube zeigt, wie Spitzenforschung und Nachhaltigkeit verbunden werden können. Start-ups könnten im „Digital Open Lab“ von dieser Infrastruktur profitieren, um datenintensive Projekte durchzuführen oder Rechenzentrumstechnologien zu erproben und zu skalieren.
Darüber hinaus kann GSI grünen Start-ups durch den Wissenstransfer aus den Forschungsprojekten, insbesondere in den Bereichen Materialforschung und Energieeffizienz, helfen, innovative Produkte zur Marktreife zu bringen. Mit der internationalen Vernetzung und der Zusammenarbeit mit Industriepartnern bietet die Forschungseinrichtung eine ideale Brücke zwischen Grundlagenforschung und praktischer Anwendung.
Der GreenTech Accelerator ryon ist ein von den Gesellschaftern Goethe-Universität Frankfurt, Technische Universität Darmstadt, Merck, Hessen Trade & Invest sowie Wirtschafts- und Infrastrukturbank Hessen getragener Cluster mit der Mission, eine Startrampe für grüne Innovation zu bieten. Der Cluster will grüne Technologien voranbringen und nachhaltige Arbeitsplätze in der Region Rhein-Main-Neckar schaffen, indem Start-ups auf ihrem Weg zum Erfolg beschleunigt und Forschungseinrichtungen, Unternehmen, Investoren und Politik der Region im GreenTech-Cluster vernetzt werden. (ryon/CP)
Walter Oelert wurde am 14. Juli 1942 in Dortmund geboren. Er studierte Physik in Hamburg und Heidelberg, erwarb sein Diplom in 1969 mit einer Arbeit an Festkörperdetektoren in Hamburg und vollendete seine Promotionsarbeit in 1973 mit einer Arbeit über Transferreaktionen an Samarium-Isotopen in Hamburg. Als Postdoc blieb er für zwei Jahre, von 1973 bis 1975, bei Professor Cohen in Pittsburg und beschäftigte sich mit Kernphysik, vor allem mit Transferreaktionen an Seltenerdmetallen. 1975 erhielt er eine Stelle am Institut für Kernphysik (IKP1), damals noch KFA, später umbenannt in FZJ (Forschungszentrum Jülich), wo er an kernphysikalischen Experimenten am Jülicher Zyklotron arbeitete.
Mit der Entscheidung, das Kühler-Synchrotron COSY am FZJ zu bauen, beendete er seine Arbeiten über Transferreaktionen, fasste sie in einem Übersichtsartikel zusammen und wechselte auf das Gebiet der Mittelenergiephysik. Ende 1985 führte er einen Forschungsaufenthalt am CERN durch und beteiligte sich mit seiner Arbeitsgruppe an den Experimenten PS185 und JETSET (PS202) am Antiprotonenspeicherring LEAR. Eine weitere externe Tätigkeit war die Zusammenarbeit mit den schwedischen Partnern am CELSIUS-Synchrotron in Uppsala.
Im Jahr 1986 habilitierte er sich an der Ruhr-Universität Bochum und erhielt dort 1996 eine APL-Professur. Mit den Erfahrungen aus den CERN-Aktivitäten schlug er verschiedene Experimente für den COSY-Beschleuniger vor. Als Sprecher einer internationalen Kollaboration war er am Aufbau des Experiments COSY-11 beteiligt, das 1996 mit dem Experimentbetrieb begann. Mehr als elf Jahre lang war das Experiment erfolgreich in Betrieb und lieferte wichtige Ergebnisse für verschiedene Mesonen-Produktionskanäle. COSY-11 war ein Experiment im COSY-Speicherring, mit dessen Hilfe es möglich war, Reaktionsprodukte im gesamten Raumwinkel zu messsen.
Neben den Aktivitäten bei COSY setzte er die Untersuchungen am CERN fort und schlug als letztes Experiment vor der Abschaltung von LEAR die Erzeugung von Antiwasserstoff bei der Wechselwirkung des Antiprotonenstrahls mit einem Xenon-Cluster-Target vor. Das Experiment wurde 1995 durchgeführt und produzierte neun Antiwasserstoff-Atome. Dieses Ergebnis war ein wichtiger Faktor für die Entscheidung der CERN-Leitung, den Antiproton Decelerator (AD) zu bauen. Um die Antiwasserstoff-Studien fortzusetzen, erhielt er erhebliche Unterstützung von Jülich für eine Partnerschaft in dem neuen ATRAP-Experiment mit dem Sprecher Jerry Gabrielse, das auf CPT-Verletzungsstudien in der Antiwasserstoff-Spektroskopie abzielt.
Im Jahr 2008 setzte sich Walter Oelert offiziell zur Ruhe, aber er blieb mehr als zehn Jahre lang aktiv an den Antiprotonen-Aktivitäten des AD beteiligt, während derer er an die Johannes Gutenberg-Universität Mainz angegliedert war. Er war eine treibende Kraft auf dem Weg zum Extra Low Energy Antiproton ring (ELENA), der schließlich gebaut wurde und die Leistung für die Antimaterie-Experimente drastisch verbessert.
Während seiner Tätigkeit erhielt er eine Reihe von Ehrungen; hervorzuheben sind die Verleihung der Merentibus-Medaille der Jagiellonen-Universität Krakau und die Wahl zum externen Mitglied der Polnischen Akademie der Künste und Wissenschaften.
Walter Oelerts Persönlichkeit – kompetent, inspirierend, aufgeschlossen und freundlich – war der Klebstoff, der eine aktive, erfolgreiche und freudvolle Zusammenarbeit ermöglichte.
Mit seinen wegweisenden Arbeiten zur Antimaterieforschung hat Walter Oelert auch entscheidende Grundlagen für die Forschung mit Antiprotonen an FAIR gelegt. GSI und FAIR nehmen mit großem Respekt und tiefer Dankbarkeit Abschied von Walter Oelert.
Geschäftsführung von GSI und FAIR
(Text: Dieter Grzonka, Kurt Kilian und Thomas Sefzick)
]]>Die starke Kraft sorgt in den aus Protonen und Neutronen bestehenden Atomkernen für Zusammenhalt. Da die positiv geladenen Protonen sich gegenseitig abstoßen, drohen Kerne mit zu vielen Protonen jedoch zu spalten – eine Herausforderung bei der Herstellung von neuen, superschweren Elementen. Bestimmte Kombinationen aus Protonen und Neutronen, die sogenannten „magischen Zahlen“, verleihen Kernen zusätzliche Stabilität. Theoretische Arbeiten unter Berücksichtigung dieser magischen Kombinationen sagten bereits in den 1960er Jahren eine Insel der Stabilität im Meer der instabilen superschweren Kerne theoretisch voraus, auf der sehr lange Lebensdauern erreicht werden könnten, die sich sogar dem Alter der Erde annähern.
Das Konzept dieser Insel wurde inzwischen durch die Beobachtung zunehmender Halbwertszeiten in den schwersten derzeit bekannten Kernen bestätigt, wenn man sich der vorhergesagten nächsten magischen Zahl von 184 Neutronen nähert. Die Lage des Gipfels dieser Insel, ihre Höhe (die die maximal zu erwartende Halbwertszeit widerspiegelt) und auch ihre Ausdehnung sind jedoch noch unbekannt. Forschende an GSI/FAIR, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) sind nun der Kartierung der Insel einen Schritt näher gekommen, indem sie den kurzlebigsten bisher bekannten superschweren Kern entdeckten, der die Position der Küstenlinie der Insel in Kernen von Rutherfordium (Rf, Element 104) markiert.
Um einen experimentellen Nachweis zu ermöglichen, muss ein superschwerer Kern eine Mindestlebensdauer in der Größenordnung von einer Millionstel Sekunde aufweisen, was extrem kurzlebige superschwere Kerne in der Nähe des Meeres der Instabilität unzugänglich macht. Aber es gibt einen Trick: Durch Quanteneffekte stabilisierte, angeregte Zustände sind manchmal langlebiger und ermöglichen so Zugang zu den kurzlebigen Kernen. „Solche langlebigen, angeregten Zustände, sogenannte Isomere, sind meinen Berechnungen zufolge in superschweren Kernen mit deformierter Form weit verbreitet“, sagt Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, der Erstautor der Veröffentlichung aus der GSI/FAIR-Forschungsabteilung zur Untersuchung der Chemie superschwerer Elemente. „Man kann somit das Bild der Stabilitätsinsel um ‚Stabilitätswolken‘ bereichern, die über dem Meer der Instabilität schweben.“
Dem Forschungsteam aus Darmstadt und Mainz ist es geglückt, diese Vorhersagen zu überprüfen, indem sie nach dem bisher unbekannten Kern Rf-252 suchten. Die Forschenden nutzten einen intensiven Strahl aus Titan-50, der am UNILAC-Beschleuniger von GSI/FAIR zur Verfügung steht, um Titankerne mit Bleikernen zu fusionieren, die auf einer Target-Folie bereitgestellt wurden. Die Fusionsprodukte wurden im TransActinide Separator and Chemistry Apparatus TASCA getrennt. Nach einer Flugzeit von etwa 0,6 Mikrosekunden wurden sie in einen Siliziumdetektor implantiert. Dieser Detektor registrierte sowohl ihre Implantation als auch ihren anschließenden Zerfall.
Insgesamt wurden 27 durch Spaltung zerfallende Rf-252-Atome mit einer Halbwertszeit von 13 Mikrosekunden nachgewiesen. Dank des von der GSI/FAIR-Experimentierelektronik entwickelten schnellen digitalen Datenerfassungssystems konnten die nach der Implantation des Isomers Rf-252m emittierten und beim Zerfall in den Grundzustand freigesetzten Elektronen nachgewiesen werden. Es wurden drei solcher Fälle registriert. In allen Fällen kam es innerhalb von 250 Nanosekunden zu einer anschließenden Spaltung. Aus diesen Daten wurde eine Halbwertszeit von 60 Nanosekunden für den Grundzustand von Rf-252 abgeleitet, der somit der kurzlebigste aktuell bekannte superschwere Kern ist.
„Das Ergebnis senkt die untere Grenze der bekannten Lebensdauern der schwersten Kerne um fast zwei Größenordnungen auf Zeiten, die für eine direkte Messung in Ermangelung geeigneter isomerer Zustände zu kurz sind. Die vorliegenden Ergebnisse setzen einen neuen Maßstab für die weitere Erforschung von Phänomenen, die mit solchen isomeren Zuständen, der umgekehrten Spaltstabilität, bei der angeregte Zustände stabiler sind als der Grundzustand, und der Isotopengrenze in den schwersten Kernen verbunden sind“, erläutert Professor Christoph E. Düllmann, Leiter der Forschungsabteilung zur Untersuchung der Chemie superschwerer Elemente bei GSI/FAIR.
In zukünftigen Experimenten ist die Messung isomerer Zustände mit umgekehrter Spaltstabilität im nächst schwereren Element Seaborgium (Sg, Element 106) angedacht, die für die Synthese von Sg-Isotopen mit Lebensdauern unter einer Mikrosekunde genutzt werden sollen, um die Isotopengrenze weiter zu kartieren. Das Ergebnis eröffnet auch neue Perspektiven für die internationale Anlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), die sich derzeit in Darmstadt im Bau befindet. (CP)
In der Veröffentlichung aus dem Jahr 2024 berichten die Forschenden, die aus der GSI-Abteilung Biophysik unter der Leitung von Professor Marco Durante und der Universität Surrey kommen, über ein neu entwickeltes, innovatives Computermodell des menschlichen Lungengewebes, das Wissenschaftler*innen hilft, erstmals zu simulieren, wie ein Strahlenstoß auf Zellebene auf das Organ einwirkt. Ein entscheidender Schritt, der zu gezielteren Krebsbehandlungen führen und die durch Strahlentherapie verursachten Schäden verringern könnte. Dr. Nicolò Cogno, jetzt an der Harvard Medical School, arbeitete an diesem Projekt im Rahmen seiner Doktorarbeit in Physik an der TUDa unter der Leitung von Professor Marco Durante. Über ihre Ergebnisse haben die Forscher in der Zeitschrift „Communications Medicine“ berichtet, einem Fachjournal aus dem „Nature“-Portfolio.
Mehr als die Hälfte der Patient*innen mit Lungenkrebs erhält heute eine Strahlentherapie – ein wirksamer Ansatz. Doch eine zu hohe Dosis kann die Lunge schädigen und zu weiteren Erkrankungen führen. Hier setzt die Forschung von GSI, TUDa und Universität Surrey an, um eine Optimierung der Behandlung zu ermöglichen. Ärzt*innen könnten das 3D-Modell künftig nutzen, um die passende Reichweite und Stärke der Strahlentherapie zu planen – noch detaillierter zugeschnitten auf die jeweiligen Patient*innen.
Professor Dr. Marco Durante, Leiter der Abteilung Biophysik bei GSI, erläutert: „Das ist ein wichtiger Schritt zu weiteren Personalisierung der Strahlentherapie bei der Krebsbehandlung und zur Begrenzung von Strahlenschäden in gesundem Gewebe. Damit könnten wir in Zukunft die Lungen einzelner Patient*innen auf eine Weise modellieren, die mit den allgemeinen statistischen Methoden, die wir derzeit verwenden, noch nicht möglich ist. Außerdem können wir damit untersuchen, wie Krankheiten wie Fibrose und Pneumonitis durch konventionelle Röntgenstrahlbehandlung und Schwerionentherapie verursacht werden."
Zum zweiten Mal in kurzer Zeit wurde damit ein Aspekt der Biophysik-Forschung bei GSI/FAIR als Jahres-Durchbruch gewürdigt: Bereits im Jahr 2022 hatte ein weiterer wichtiger wissenschaftlicher Ansatz zu den Durchbrüchen des Jahres gehört. Dabei war es um die FLASH-Bestrahlung gegangen – die Applikation einer ultrahohen Strahlendosis in sehr kurzer Zeit – die die Perspektiven der Tumortherapie ebenfalls vielversprechend erweitert.
Die zehn wichtigsten „Durchbrüche des Jahres“ werden jährlich von „Physics World“ ausgewählt. Die entsprechenden Awards werden seit 2009 verliehen und zeichnen Forschungsarbeiten aus, die einen bedeutenden Fortschritt im Wissen oder Verständnis darstellen, wichtig für den wissenschaftlichen Fortschritt und/oder praktische Anwendungen sind und von allgemeinem Interesse für die Lesenden von Physics World sind. (BP)
Die Top-Ten-Durchbrüche des Jahres 2024
Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachjournal "Communications Medicine"
Pressemitteilung 2024 von GSI/FAIR
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Klassische Digitalrechner stoßen zunehmend an physikalische Grenzen, beispielsweise hinsichtlich praktikabler Taktfrequenzen oder bezüglich der Integrationsdichten. Entsprechend rücken neue Technologien in den Vordergrund, zu denen neben den zumindest vom Begriff her bekannten Quantencomputern auch Analog- und Hybridrechner gehören. Diese arbeiten grundlegend anders als Digitalrechner und könnten diese in Zukunft als Co-Prozessoren für die energie- und zeiteffiziente Lösung bestimmter Systemklassen ergänzen. Der Vortrag behandelt neben der Geschichte dieser Rechner auch die Grundlagen ihrer Programmierung sowie mögliche Anwendungsgebiete.
Professor Bernd Ulmann studierte Mathematik und Philosophie an der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und wurde an der Universität Hamburg mit einer Arbeit zu Analogrechnern promoviert. Seit dem Jahr 2009 ist er Professor an der Hochschule für Ökonomie und Management in Frankfurt/Main. Des Weiteren ist er Mitgründer der anabrid GmbH, die moderne Analog- und Hybridrechner entwickelt.
Im weiteren Verlauf bietet das Programm – mit Unterstützung der regionalen astronomisch-physikalischen Vereinslandschaft – Einblicke in die Mysterien des Universums, in den Lebenszyklus leichter Sterne und in die Veränderungen, die unser Gehirn im Weltall erfährt. Ergänzt wird die Reihe durch Beiträge zu Nutzen und Eigenschaften des chemischen Elements Technetium sowie Einsicht in die „Millionen-Volt-Maschine“, den Teilchenbeschleuniger von GSI/FAIR.
Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Informationen 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)
Der FAIR Council ist das höchste Entscheidungs-Organ der FAIR GmbH. Ihm gehören die Gesellschafter aus neun Staaten an. Auf ihrer jüngsten Sitzung bekräftigten sie ihr gemeinsames Ziel, die FAIR-Anlage mit dem First-Science Plus Programm bis 2028 in Betrieb zu nehmen. Dazu wurden wegweisende Entscheidungen getroffen über Beschaffung und Produktion von Hightech-Komponenten, wie z.B. das Engineering für die technische Gebäudeausrüstung für das CBM Experiment, oder auch die Modalitäten für eine reibungslose Inbetriebnahmephase. Dazu wurden die entsprechenden notwendigen finanziellen Zusagen der Gesellschafter getätigt bzw. in die Wege geleitet.
„FAIR wird uns grundlegend neue Dimensionen in der physikalischen Grundlagenforschung sowie in anwendungsorientierten Feldern eröffnen. Aus über 50 Ländern werden rund 3000 Wissenschaftler*innen an FAIR forschen und es lassen sich bahnbrechende Ergebnisse erwarten. Wir alle sehen der Inbetriebnahme der FAIR-Anlage mit großer Freude entgegen“, sagt Thomas Nilsson der neue Wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR und GSI.
Zum First Science Plus Programm gehört der unterirdische Beschleunigerring SIS100 mit einem Umfang von 1100 Metern. Mit ihm können Ionen aller Elemente auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, was ein einzigartiges Forschungsprogramm ermöglicht. Daran schließt sich der Super-FRS Separator an, mit dem Teilchenstrahlen aus instabilen Isotopen erzeugt werden können, die es sonst nur im fernen Universum gibt. Diese lassen sich im High-Energy NUSTAR Cave erforschen, sodass völlig neuartiges Wissen über Prozesse und Abläufe im Inneren von Sternen geschaffen werden kann, z.B. zu der Frage wie die chemischen Elemente auf natürliche Weise entstehen. Zum FAIR-Forschungsprogramm First Science Plus gehört außerdem das CBM Experiment, mit dem auf nie dagewesene Weise heiße komprimierte Materie untersucht werden kann, wie sie in Neutronensternen auftritt. Neutronensterne sind Schlüsselobjekte für unser grundlegendes Verständnis des gesamten Universums.
Der FAIR Council tagt zweimal jährlich, in der Regel am Standort von FAIR in Darmstadt. Die perfekte Organisation und außerordentliche Gastfreundschaft des diesmal ausrichtenden indischen Bose Instituts sind vorbildhaft für ein internationales gemeinschaftliches Vorhaben wie FAIR eines ist. Es zeigt einmal mehr wie harmonisch und kooperativ die Partner im FAIR-Projekt zusammenarbeiten.
Indien ist als drittgrößter Gesellschafter eines der wichtigsten Partnerländer von FAIR. Dutzende Institutionen sind am wissenschaftlichen Forschungsprogramm sowie an der Entwicklung und Produktion von Hightech-Komponenten maßgeblich beteiligt. Indien spielt im wissenschaftlichen Programm u.a. von CBM eine maßgebliche Rolle. Außerdem sind sie führend bei der bei Entwicklung und Fertigung von Ultrahochvakuumkammern, Strahlfängern, IT- und Diagnosekabel oder ultrastabilen Stromrichtern.
FAIR ist eines der größten Vorhaben und eine der innovativsten Hightech-Anlagen für die internationale Spitzenforschung weltweit. FAIR erlaubt einzigartige und multidisziplinäre Forschung, Wissenschaftler*innen aus aller Welt werden eine Vielzahl von neuartigen Experimenten durchführen, von der Astrophysik bis zur Krebsforschung. FAIR ist eine Talentschmiede und Anziehungspunkt für die besten Köpfe in Wissenschaft und Technik. Die Realisierung der FAIR-Anlage ist auf einem guten Weg: Der Rohbau für die aktuelle Ausbaustufe ist fertiggestellt. Die technische Gebäudeeinrichtung ist schon weit fortgeschritten und die Installation der FAIR-Beschleunigermaschine, die im Januar 2024 begann, ist in vollem Gange.
Die nun getroffenen wegweisenden Entscheidungen der FAIR-Gesellschafter sind ein Meilenstein für die weiteren Realisierungsschritte von FAIR und die vorgesehene Inbetriebnahme des First Science Plus Programms im Jahr 2028.
ERC Advanced Grant für Thomas Stöhlker
ERC Advanced Grant für das Projekt “Zeptometry”
ERC Starting Grantfür Dr. Zewei Xiong
Wie sieht ein Rechenzentrum eigentlich von innen aus? Am Tag der offenen Rechenzentren lud der Green IT Cube dazu ein, hinter die Kulissen zu blicken und den komplexen Betrieb sowie die Bedeutung des Rechenzentrums für GSI und FAIR kennenzulernen. Zahlreiche Technikinteressierte und Fachleute nutzten die Gelegenheit, das Rechenzentrum hautnah zu erleben und einen Eindruck davon zu bekommen, wie die immensen Datenmengen der physikalischen Experimente verarbeitet werden. Besonders beeindruckend wirkten die hohen Reihen von Server-Schränken und die Geräuschkulisse der Lüfter – ein Erlebnis, das die Leistungsfähigkeit und die Bedeutung dieser Infrastruktur spürbar machte.
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. 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 (Stromverbrauchseffektivität 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.
Der Green IT Cube wird bei GSI hauptsächlich zur Speicherung und Verarbeitung von Messdaten aus den physikalischen Experimenten mit dem Teilchenbeschleuniger sowie für Simulationsrechnungen genutzt. Auch für das zukünftige Forschungszentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), das aktuell bei GSI entsteht, wird er entsprechende Kapazitäten bieten. Des Weiteren hostet er das sogenannte Digital Open Lab, ein Reallabor, das eine Umgebung für die Entwicklung, Erprobung und das Upscaling von energieeffizientem High-Performance-Computing bis zum Maßstab industrieller Demonstratoren bereit.
Der TdoRZ bildete den Höhepunkt der Aufklärungskampagne „Wo wohnt eigentlich das Internet?!“, die von der German Datacenter Association (GDA), der Interessensvertretung der Rechenzentrumsbranche in Deutschland, initiiert wurde. 13 Rechenzentren in Deutschland 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)
LOREX ist das einzige geochemische Langzeit-Sonnenneutrino-Experiment, das noch aktiv betrieben wird. Es wurde in den 1980er Jahren vorgeschlagen und zielt darauf ab, den solaren Neutrinofluss im Mittel über einen Zeitraum von bemerkenswerten vier Millionen Jahren zu messen, was dem geologischen Alter des Lorandit-Erzes entspricht.
Die in unserer Sonne erzeugten Neutrinos wechselwirken mit Thallium-Atomen (Tl), die im Lorandit-Mineral (TlAsS2) vorkommen, und wandeln sie in Blei-Atome (Pb) um. Das Isotop 205Pb ist aufgrund seiner langen Halbwertszeit von 17 Millionen Jahren besonders interessant, wodurch es über den Zeitraum von vier Millionen Jahren im Lorandit-Erz im Wesentlichen stabil ist. Da es bisher nicht möglich ist, den Neutrino-Wirkungsquerschnitt an 205Tl direkt zu messen, haben sich Forschende bei GSI/FAIR in Darmstadt eine geschickte Methode ausgedacht, um die relevante kernphysikalische Information zur Bestimmung des Neutrino-Wirkungsquerschnitts zu messen. Dabei machten sie sich zunutze, dass diese Größe, das nukleare Matrixelement, auch die Rate für den gebundenen Betazerfall von vollständig ionisiertem 205Tl81+ zu 205Pb81+ bestimmt.
Die experimentelle Messung der Halbwertszeit des Betazerfalls im gebundenen Zustand von voll ionisierten 205Tl81+-Ionen war nur dank der einzigartigen Möglichkeiten des Experimentierspeicherrings (ESR) bei GSI/FAIR realisierbar. Der ESR ist derzeit die einzige Einrichtung, an der solche Messungen möglich sind. Die 205Tl81+-Ionen wurden durch Kernreaktionen im GSI/FAIR-Fragmentseparator (FRS) erzeugt und so lange gespeichert, bis ihr Zerfall im Speicherring beobachtet und erfolgreich gemessen werden konnte. „Es waren jahrzehntelange kontinuierliche Fortschritte in der Beschleunigertechnologie erforderlich, um einen intensiven und reinen 205Tl81+-Ionenstrahl zu erzeugen und seinen Zerfall mit hoher Präzision zu messen“, sagte Professor Yuri A. Litvinov, Sprecher des Experiments und leitender Wissenschaftler des Consolidator Grants ASTRUm des Europäischen Forschungsrats (European Research Council ERC).
„Das Team hat die Halbwertszeit des Betazerfalls von 205Tl81+ mit 291 (+33/-27) Tagen gemessen, eine wichtige Messung, die die Bestimmung des solaren Neutrino-Einfangquerschnitts erlaubt“, erklärt Dr. Rui-Jiu Chen, ein an dem Projekt beteiligter Postdoktorand. Sobald die Konzentration von 205Pb-Atomen in den Lorandit-Mineralien im Rahmen des LOREX-Projekts bestimmt ist, wird es möglich sein, Einblicke in die Entwicklungsgeschichte der Sonne und ihre Verbindung zum Klima der Erde über Jahrtausende hinweg zu geben.
„Dieses bahnbrechende Experiment unterstreicht die Möglichkeiten der nuklearen Astrophysik bei der Beantwortung grundlegender Fragen zum Universum“, sagten Professor Gabriel Martínez-Pinedo und Dr. Thomas Neff, die die theoretische Arbeit für die Übertragung der Messung auf den Neutrino-Wirkungsquerschnitt geleitet haben.
Dr. Ragandeep Singh Sidhu, der Erstautor der Publikation, betonte ihre weitreichende Bedeutung: „Dieses Experiment zeigt, wie eine einzige, wenn auch schwierige Messung eine zentrale Rolle bei der Beantwortung wichtiger wissenschaftlicher Fragen zur Entwicklung unserer Sonne spielen kann.“
Die Arbeit ist dem Andenken an die verstorbenen Kollegen Fritz Bosch, Hans Geissel, Paul Kienle und Fritz Nolden gewidmet, deren Beiträge wesentlich zum Erfolg dieses Projekts beigetragen haben. (BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“
]]>Die Beschichtungsanlage ist in der Lage, große Bauteile, wie die neuen UNILAC-Kavitäten, mit präzisen und gleichmäßig verteilten Kupferschichten zu überziehen. Die rund 2,2 x 2,4 Meter große Alvarez-Tank-Sektion durchlief dafür einen speziellen, mehrstufigen Prozess, der eine perfekte Haftung und Glanz des Kupfers garantiert und die optimale Funktion des Beschleunigers ermöglicht. Die Galvanisierung der Bauteile stellt einen komplexen und anspruchsvollen Prozess dar, da die beschichteten Oberflächen höchsten Qualitätsanforderungen genügen müssen, um die Effizienz und Leistungsfähigkeit des Beschleunigers zu gewährleisten.
Die Inbetriebnahme der Galvanik ist ein bedeutender Schritt bei der umfassenden Modernisierung des UNILAC-Beschleunigers, der künftig als Vorbeschleuniger für FAIR dienen wird. Im Rahmen eines umfassenden Maßnahmenpakets zur Erfüllung der hohen Anforderungen an die Strahlqualität für FAIR wird die Alvarez-Beschleunigungsstruktur, ein zentraler Abschnitt des UNILAC, erneuert und mit neuen Kavitäten ausgestattet. In den nächsten Jahren werden insgesamt 25 Tank-Sektionen und 10 Endflansche auf diese Weise bei GSI beschichtet. (JL)
]]>Das Grußwort sprach Professor Thomas Nilsson, der neue Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR. Auch Dr. Hartmut Eickhoff, Vorstandsvorsitzender des Fördervereins, begrüßte die Teilnehmenden. Den Festvortrag hielt Professor Sebastian Adeberg vom Universitätsklinikum Gießen und Marburg zum Thema „Klinische Evidenz in der Partikeltherapie – Ergebnisse der Ionenstrahl-Therapie am Patienten“.
Dr. Katrin Beatrix Schnürle erhält den Preis für ihre Dissertation mit dem Titel „Integration Mode Proton Imaging with a CMOS Detector for a Small Animal Irradiation Platform”; sie hat Detektorsysteme für die Bildgebung mit Protonenstrahlen optimiert und entsprechende Analyseverfahren entwickelt. Ihre Entwicklungen ermöglichen die präklinische Anwendung der Protonenradiographie mit hoher Messgenauigkeit der wasseräquivalenten Schichtdicken und mit hoher räumlicher Auflösung.
Dr. Yuri Simeonov hat für seine Doktorarbeit mit dem Thema „Development, manufacturing and validation of patientspecific 3D range-modulators for the very fast irradiation of moving tumours in particle therapy” Reichweitenmodulatoren entwickelt und charakterisiert. Diese erlauben eine erhebliche Verkürzung der Bestrahlungszeit und ermöglichen beispielsweise Verbesserungen bei der Bestrahlung bewegter Tumore oder die Anwendung der sogenannten FLASH-Therapie, also die Bestrahlung mit ultrahohen Dosisraten.
Annika Schlechter wird für ihre Masterarbeit mit dem Titel „2.5D Imaging: Accessing 3D Information of a 2D Ion-beam Radiograph“ ausgezeichnet. Darin hat sie zum ersten Mal experimentell nachgewiesen, dass man aus zweidimensionalen Ionenstrahlradiographien mit klinisch relevanter Genauigkeit zusätzlich Informationen bezüglich der dritten Dimension, das heißt der Tiefe von Strukturen in Patienten, gewinnen kann.
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 26. Mal wurde der Preis nun vergeben. Die Themen der ausgezeichneten, wissenschaftlichen Arbeiten sind von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Ionenstrahltherapie und finden oftmals Einzug in die klinische Anwendung. (BP)
Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.
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Sydney Gales war ein renommierter französischer Kernphysiker und einflussreicher Forschungsorganisator, der sich über die nationalen Grenzen hinaus um die europäische und internationale Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Kern- und nuklearen Astrophysik verdient gemacht hat.
Eine enge Kooperation zwischen GSI und GANIL sowie den kernphysikalischen Instituten des CNRS/IN2P3 und CEA waren Sydney Gales ein besonders wichtiges Anliegen, ebenso wie die beiden Leuchtturmprojekte der europäischen Kernphysik-Community – FAIR in Darmstadt und SPIRAL II in Caen, deren vollständige Realisierung er mit Nachdruck unterstützte. Darüber hinaus wirkte er im Rahmen des europäischen NP-ELI Projektes in Rumänien bei der Entwicklung und Realisierung lasergetriebener kernphysikalischer Forschungsanlagen sowie an verschiedenen Kernphysik-Instituten und -projekten in Südafrika, Japan und Korea mit.
Bei GSI und FAIR hat Sydney Gales seine Expertise in zahlreichen Beratungsgremien und Ausschüssen eingebracht; als engagierter Vorsitzender des G-PAC hat er seit 2017 maßgeblich dazu beigetragen, unter den schwierigen Rahmenbedingungen der limitierten Strahlzeit ein ausgewogenes und sehr erfolgreiches FAIR Phase-0 Experimentierprogramm zu etablieren. Sein sachkundiger Rat wird uns in Zukunft fehlen.
Sydney Gales erhielt für seine Verdienste zahlzahlreich hochrangige Ehrungen und Auszeichnungen, u.a. Chevalier de l’Ordre Orange de la Reine des Pays-Bas (1996), Chevalier de l'Ordre National du Mérite (1997), Flerov-Preis des Joint International Institute for Research in Dubna, Russland, (2009), Gewähltes Mitglied der Academia Europaea (2012), Prix Félix-Robin (2014) sowie Chevalier dans l'Ordre National de la Légion d'Honneur (2015).
GSI und FAIR nehmen mit großen Respekt und tiefer Dankbarkeit Abschied von Sydney Gales. Unsere Anteilnahme gilt seiner Frau und Familie.
Geschäftsführung und Betriebsrat von GSI und FAIR
]]>Als Wissenschaftlicher Geschäftsführer hat Professor Thomas Nilsson die Leitung des gesamten Wissenschaftsbereichs von GSI und FAIR inne, zugleich übernimmt er die Aufgabe des Sprechers der Geschäftsführung. Zusammen mit der Administrativen Geschäftsführerin Dr. Katharina Stummeyer und dem Technischen Geschäftsführer Jörg Blaurock bildet er die gemeinsame Führungsspitze von GSI und FAIR und sorgt für die Umsetzung der strategischen Ziele: Internationale Spitzenforschung am Standort zu betreiben, die künftige Beschleunigeranlage FAIR in internationaler Zusammenarbeit zu realisieren sowie den Campus und die bestehenden Anlagen zu modernisieren.
„Ich freue mich sehr darauf, die wissenschaftliche Entwicklung von GSI und FAIR in enger Zusammenarbeit gemeinsam mit den internationalen Partnern und einem herausragenden Team von Forschenden aktiv weiter voranzutreiben. Seit Jahrzehnten steht GSI für exzellente, international renommierte Spitzenforschung. Mit dem FAIR-Beschleunigerzentrum werden die globalen Dimensionen der Forschung zukunftsweisend erweitert. Mein besonderes Augenmerk liegt darauf, die Forschungsarbeit bei GSI und FAIR durch strategische Planung optimal zu fördern und den Forschenden ideale Bedingungen zu bieten für herausragende wissenschaftliche Erfolge. Für das mir entgegengebrachte Vertrauen bedanke ich mich herzlich“, sagte Professor Thomas Nilsson zu seinem Amtsantritt.
Mit der Bestellung von Professor Thomas Nilsson hat die internationale Auswahlkommission, bestehend aus Vertretern des GSI-Aufsichtsrats und des FAIR-Councils sowie renommierten Wissenschaftler*innen, eine herausragende Führungspersönlichkeit gewonnen. Die beiden Geschäftsführenden Dr. Katharina Stummeyer und Jörg Blaurock freuen sich auf die Zusammenarbeit mit ihrem neuen Kollegen und betonen: „GSI und FAIR werden von der umfangreichen wissenschaftlichen und strategischen Expertise von Thomas Nilsson erheblich profitieren. Er ist weltweit anerkannt für seine Forschungen in den für FAIR und GSI relevanten Wissenschaftsbereichen. Darüber hinaus ist er GSI und FAIR schon lange durch seine engagierte Arbeit in verschiedenen Gremien intensiv verbunden. Die Entscheidung für Professor Nilsson als neuer Wissenschaftlicher Geschäftsführer ist eine ausgezeichnete Wahl, gemeinsam werden wir erfolgreich die Zukunft von GSI und FAIR weiter gestalten.“
Professor Thomas Nilsson studierte Engineering Physics an der Chalmers University of Technology und war PhD-Student unter anderem an der damaligen TH (heute TU) in Darmstadt. Von 1998 bis 2004 war er als physikalischer Koordinator an der ISOLDE-Anlage des Forschungszentrums CERN in der Schweiz tätig, wo er auch stellvertretender Gruppenleiter der ISOLDE-Physikgruppe war. Er arbeitete in den Jahren 2005 bis 2006 als Forscher erneut an der TU Darmstadt und der Universität Chalmers. An der Chalmers Universität war er seit 2009 ordentlicher Professor für Physik und seit 2017 Leiter des Fachbereichs Physik und Mitglied der Universitätsmanagement-Gruppe (university management group).
In seinen Forschungen fokussiert sich Professor Thomas Nilsson darauf, wie sich fundamentale Wechselwirkungen in subatomaren Systemen manifestieren, insbesondere in Kernen mit einem großen Überschuss an Neutronen oder Protonen, wodurch exotische Strukturen und Eigenschaften entstehen. Seine Forschungen werden mit Experimenten an Anlagen durchgeführt, die Strahlen exotischer Kerne liefern, wie CERN (ISOLDE-Anlage) in der Schweiz oder auch GSI/FAIR in Darmstadt. Er ist maßgeblich an der Entwicklung solcher Anlagen und der dazugehörigen Instrumentierung beteiligt, insbesondere bei FAIR.
Der renommierte Wissenschaftler leistet mit seinen Projekten und seinem Engagement jedoch nicht nur wichtige Beiträge zu Physik und Forschungsinfrastrukturen, sondern verfügt auch über umfangreiche Erfahrungen mit der strategischen Planung großer Forschungsprojekte und mit internationalen Kooperationen: Wissenschaftliche Aufgaben in Beratungsgremien und Programm-Komitees übernahm er beispielsweise beim Nationalen Beschleunigerzentrum TRIUMF in Kanada und im Forschungszentrum RIKEN in Japan.
Schon seit langem ist Professor Thomas Nilsson auch maßgeblich am FAIR-Projekt beteiligt, das er nun aus einer anderen Perspektive weiterentwickeln wird. Er war bereits in verschiedenen Positionen im FAIR-Council und als Mitglied im GSI-Aufsichtsrat tätig. Außerdem ist er seit 2020 stellvertretender Vorsitzender des Joint Scientific Council von FAIR und Vorsitzender des Wissenschaftlichen Beirats von GSI. Mit seinem tiefen Verständnis der internationalen Forschungslandschaft und seiner Fähigkeit, komplexe wissenschaftliche Strategien zu entwickeln und umzusetzen, wird Professor Thomas Nilsson einen wertvollen Beitrag zur Zukunft von FAIR und GSI leisten. (BP/IP)
Mitteilung der Chalmers University of Technology (auf Englisch)
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Für GSI- und FAIR-Mitarbeiter*innen liegt der Kalender im Foyer, im Empfangsbereich in der Borsigstraße und im Hauptlager zur Abholung bereit. Externe Interessent*innen können den Kalender per Post erhalten. Bitte senden Sie dazu eine E-Mail an gsi-kalender(at)gsi.de mit folgenden Angaben: Name, vollständige Anschrift und gewünschte Anzahl der Kalender.
Aufgrund der limitierten Auflage können pro Bestellung maximal drei Kalender versandt werden – nur solange der Vorrat reicht. (JL)
]]>Nach einem kurzen Einführungsvortrag hatten die Schüler*innen die Gelegenheit, mehr über die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen, welche am GSI entwickelt wurde, das HADES-Experiment und die Atomphysik im Experimentierspeicherring ESR zu erfahren. Auf dem Programm standen zudem Besuche des Hauptkontrollraums und des Linearbeschleunigers UNILAC. Einen Blick in die Zukunft konnten die Schüler*innen von der Aussichtsplattform auf die Mega-Baustelle FAIR richten.
Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ wird seit 25 Jahren vom Fachbereich Physik 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. (MK)
]]>In Anomalie geht es um den zwanzigjähren Jan. Mit dem plötzlichen Tod seiner Mutter wird sein Leben völlig auf den Kopf gestellt. Hat sie ihn jahrzehntelang belogen? War sie gar nicht seine Mutter? Erste Spuren auf der Suche nach seinen leiblichen Eltern führen Jan vom beschaulichen Bremerhaven nach Darmstadt. In der fremden Stadt überschlagen sich die Ereignisse, erhoffte Antworten führen zu neuen Fragen. Von seltsamen Visionen geplagt, findet er die ersten Hinweise und vielleicht sogar Freunde. Gemeinsam stoßen sie auf ein vor Jahrzehnten vertuschtes Experiment und machen die falschen Leute auf sich aufmerksam. Von allen Seiten gejagt, bringt Jan nicht nur sich und sein Umfeld in Gefahr, sondern sieht sich auch einer aufkommenden Bedrohung gegenüber, die die Grenzen der Realität sprengt.
Die Serie hat eine Altersfreigabe FSK12. Für die Veranstaltung ist eine Anmeldung notwendig. Weitere Informationen und das elektronische Registrierungsformular finden Sie unter www.gsi.de/anomalie
18:00 Uhr – Beginn / Einführung in die Serie / Making-of / Was bisher geschah
18:30 Uhr – Screening von drei ausgewählten Episoden mit GSI/FAIR-Bezug
19:45 Uhr – Gespräch mit dem Produktionsteam / Besuch des Hauptkontrollraums und des Crystal-Ball-Detektors auf dem GSI/FAIR-Campus
21:00 Uhr – Ende
Für Rückfragen stehen wir Ihnen gerne unter info(at)gsi.de zur Verfügung. (CP)
]]>Aktuelle Berechnungen gehen davon aus, dass die Entstehung unserer Sonne aus der Vorläufer-Molekülwolke einige zehn Millionen Jahre gedauert hat. Die Forschenden leiten diese Zahl aus langlebigen Radionukliden ab, die kurz vor der Entstehung der Sonne durch den sogenannten astrophysikalischen s-Prozess erzeugt wurden. Der s-Prozess fand in der Nachbarschaft der Sonne in Sternen auf dem asymptotischen Riesenast (engl. asymptotic giant branch oder kurz AGB) statt – Sterne mit mittlerer Masse, die sich am Ende ihres Brennzyklus befinden. Die Radionuklide, die seit der Geburt der Sonne vor 4,6 Milliarden Jahren längst zerfallen sind, haben ihre Spuren in Form kleiner Überschussmengen ihrer Zerfallsprodukte in Meteoriten hinterlassen, wo sie nun nachgewiesen werden können. Der ideale Kandidat ist ein Radionuklid, das ausschließlich durch den s-Prozess erzeugt wird und keine Verunreinigungen durch andere Nukleosyntheseprozesse aufweist. Ausschließlich der „reine-s-Kern” 205Pb erfüllt diese Eigenschaften.
Auf der Erde zerfällt das Atom 205Pb zu 205Tl, indem sich eines seiner Protonen und ein atomares Elektron in ein Neutron und ein Elektron-Neutrino umwandeln. Der Energieunterschied zwischen 205Pb und seiner Tochter 205Tl ist so gering, dass die größeren Bindungsenergien der Elektronen in 205Pb (mit der Ladung Z=82 im Vergleich zu nur 81 Elektronen in 205Tl) den Ausschlag geben. Mit anderen Worten, wenn alle Elektronen entfernt werden, kehrt sich die Rolle von Tochter und Mutter beim Zerfall um und 205Tl erfährt einen Beta-Minus-Zerfall zu 205Pb. Dies geschieht in AGB-Sternen, wo die Temperaturen von einigen 100 Millionen Kelvin ausreichen, um die Atome vollständig zu ionisieren. Die Menge an 205Pb, die in AGB-Sternen erzeugt wird, hängt entscheidend von der Geschwindigkeit ab, mit der 205Tl zu 205Pb zerfällt. Dieser Zerfall kann jedoch unter normalen Laborbedingungen nicht gemessen werden, da 205Tl in diesem Zustand stabil ist.
Der Zerfall von 205Tl ist energetisch nur beobachtbar, wenn das erzeugte Elektron in einem gebundenen Atomorbital von 205Pb eingefangen wird. Dies ist ein äußerst seltener Zerfallsmodus, der als gebundener Betazerfall bekannt ist. Außerdem führt der Kernzerfall zu einem angeregten Zustand in 205Pb, der nur um winzige 2,3 Kiloelektronenvolt über dem Grundzustand liegt, aber gegenüber dem Zerfall in den Grundzustand stark bevorzugt wird. Das 205Tl-205Pb-Paar kann man sich als stellares Wippenmodell vorstellen, da beide Zerfallsrichtungen möglich sind und der Gewinner von den stellaren Umgebungsbedingungen wie Temperatur und (Elektronen-)Dichte abhängt – und von der Stärke des Kernübergangs, die die große Unbekannte in diesem stellaren Wettbewerb darstellte.
Diese Unbekannte wurde nun in einem ausgeklügelten Experiment von einem internationalen Team von Wissenschaftler*innen aus 37 Institutionen und zwölf Ländern entschlüsselt. Der gebundene Beta-Zerfall ist nur möglich, wenn der zerfallende Kern von allen Elektronen befreit und mehrere Stunden lang unter diesen außergewöhnlichen Bedingungen gehalten wird. Dies ist weltweit nur am Schwerionen-Experimentierspeicherring (ESR) von GSI/FAIR in Kombination mit dem Fragmentseparator (FRS) möglich. „Die Messung von 205Tl81+ wurde in den 1980er Jahren vorgeschlagen, aber es hat Jahrzehnte der Beschleunigerentwicklung und die harte Arbeit vieler Kolleg*innen benötigt, um sie zum Erfolg zu führen“, sagt Professor Yury Litvinov von GSI/FAIR, Sprecher des Experiments. „Eine Vielzahl bahnbrechender Technologien musste entwickelt werden, um die nötigen Bedingungen für ein erfolgreiches Experiment zu erreichen – wie die Produktion von nacktem 205Tl in einer Kernreaktion, dessen Separation mithilfe des FRS sowie die Anhäufung, Kühlung, Speicherung und Messung im ESR.“
“Durch die Kenntnis der Übergangsstärke können wir nun die Raten, mit denen das Wippenpaar 205Tl-205Pb unter den Bedingungen in AGB-Sternen arbeitet, genau bestimmen“, sagt Dr. Riccardo Mancino, der die Berechnungen im Rahmen seiner Tätigkeit als Postdoc an der Technischen Universität Darmstadt und bei GSI/FAIR durchgeführt hat.
Die 205Pb-Produktionsausbeute in AGB-Sternen wurde von Forschenden des Konkoly-Observatoriums in Budapest (Ungarn), des INAF Osservatorio d'Abruzzo (Italien) und der Universität Hull (Großbritannien) abgeleitet, indem sie die neuen 205Tl-205Pb-Zerfallsraten in ihre modernen astrophysikalischen AGB-Modelle implementierten. „Die neuen Zerfallsraten erlauben uns eine zuverlässige Vorhersage, wie viel 205Pb in AGB-Sternen produziert wird und seinen Weg in die Gaswolke findet, die unsere Sonne geformt hat“, erläutert Dr. Maria Lugaro, Wissenschaftlerin am Konkoly-Observatorium. „Durch einen Vergleich mit der Menge von 205Pb in Meteoriten ergibt das neue Ergebnis ein Zeitintervall von zehn bis zwanzig Millionen Jahren für die Entstehung der Sonne aus der vorgelagerten Molekülwolke. Dies stimmt überein mit Daten von anderen radioaktiven Spezies, die durch den langsamen Neutroneneinfangprozess entstehen.“
“Unser Ergebnis unterstreicht, wie bahnbrechende experimentelle Einrichtungen, die Zusammenarbeit vieler Forschergruppen und viel harte Arbeit uns helfen können, die Prozesse im Inneren von Sternen zu verstehen. Mit unserem neuen experimentellen Ergebnis können wir ermitteln, wie lange es dauerte, bis unsere Sonne vor 4,6 Milliarden Jahren entstand”, sagt Guy Leckenby, Doktorand am TRIUMF und Erstautor der Veröffentlichung.
Die gemessene Halbwertszeit des gebundenen Beta-Zerfalls ist für die Analyse der Akkumulation von 205Pb im interstellaren Medium von wesentlicher Bedeutung. Aber auch andere Kernreaktionen spielen eine Rolle, darunter die Neutroneneinfangrate von 205Pb, für die ein Experiment mit der Ersatzreaktionsmethode im ESR geplant ist. Diese Ergebnisse verdeutlichen die einzigartigen Möglichkeiten, die die Schwerionenspeicherringe bei GSI/FAIR bieten und die es erlauben, das Universum ins Labor zu holen.
Die Arbeit ist den verstorbenen Kollegen Fritz Bosch, Roberto Gallino, Hans Geissel, Paul Kienle, Fritz Nolden und Gerald J. Wasserburg gewidmet, die diese Forschung über viele Jahre unterstützt haben. (CP)
Elemente jenseits von Uran (92 Protonen) – wie beispielsweise Fermium (Element 100) – kommen nicht natürlich in der Erdkruste vor und müssen daher für Experimente künstlich erzeugt werden. Sie bilden die Brücke zwischen den natürlich vorkommenden und den sogenannten superschweren Elementen, die bei 104 Protonen beginnen. Quantenmechanische Schaleneffekte ermöglichen die Existenz der superschweren Elemente, obwohl sie nur etwa zwei Tausendstel der Kernbindungsenergie ausmachen, weil sie zu einer zusätzlichen Stabilisierung des Atomkerns führen. Der kleine Beitrag ist entscheidend, um den abstoßenden Kräften zwischen den vielen positiv geladenen Protonen entgegen zu wirken.
Das Schalenmodell erklärt quantenmechanische Effekte, deren Stärke von der Anzahl der Bausteine der Atomkerne, den Protonen und Neutronen, abhängt und zu einer Schalenstruktur im Atomkern führt. Ähnlich wie bei den Atomen, wo vollständig gefüllte Elektronenschalen zu chemischer Stabilität und Reaktionsträgheit führen, zeigen auch gefüllte Kernschalen (bei sogenannten „magischen“ Protonen-/Neutronenzahlen) eine erhöhte Stabilität. Infolgedessen steigen ihre Kernbindungsenergien und die Lebensdauern. In leichteren Kernen ist bekannt, dass gefüllte Kernschalen auch die Kernradien beeinflussen.
Mit der Laserspektroskopie können kleinste Änderungen in der Atomstruktur analysiert und daraus Rückschlüsse auf Kerneigenschaften wie den Ladungsradius, also die Verteilung der Protonen im Atomkern, gezogen werden. Untersuchungen mehrerer Nuklide des gleichen Elements mit unterschiedlicher Neutronenzahl zeigen einen stetigen Anstieg dieses Radius, es sei denn, eine magische Zahl wird überschritten. Dann wird ein Knick beobachtet, da sich die Steigung des radialen Anstiegs beim Schalenschluss ändert. Dieser Effekt wurde für leichtere, kugelförmige Atomkerne bis hin zu Blei festgestellt.
„Mithilfe der Laserspektroskopie haben wir Fermium-Atomkerne mit 100 Protonen, aber mit verschiedenen Neutronenzahl im Bereich von 145 und 157 untersucht. Besonderes Augenmerk lag dabei auf dem Einfluss quantenmechanischer Schaleneffekte auf die Größe der Atomkerne. So gelang es uns, die Struktur dieser Kerne rund um den bekannten Schaleneffekt bei einer Neutronenzahl von 152 aus einer neuen Perspektive zu betrachten“, erläutert Dr. Sebastian Raeder, der Leiter des Experiments bei GSI/FAIR. „Bei dieser Neutronenanzahl wurde zuvor die Signatur eines Neutronenschalenabschlusses in der Bindungsenergie beobachtet. Dessen Stärke wurde durch Hochpräzisionsmassenmessungen bei GSI/FAIR im Jahr 2012 vermessen. Da nach Einstein Masse äquivalent zu Energie ist, geben diese Messungen Hinweise über die zusätzliche Bindungsenergie, die der Schaleneffekt liefert. Die Atomkerne um die Neutronenzahl 152 sind ideale Testkandidaten für tiefergehende Studien, da sie nicht kugelförmig, sondern eher wie ein Rugby-Ball geformt sind. Diese Deformation erlaubt den vielen Protonen des Kerns, etwas weiter voneinander entfernt zu sein als in einer Kugel.“
Dank des Einsatzes unterschiedlicher Verfahren für die Produktion sowie methodischer Weiterentwicklungen der Laserspektrosopie untersuchte die internationalen Kollaboration von 27 Partnerinstituten aus sieben Ländern in den aktuellen Messungen Fermium-Isotope mit Lebensdauern von wenigen Sekunden bis zu hundert Tagen. Die kurzlebigen Isotope wurden an der Beschleunigeranlage von GSI/FAIR hergestellt, wobei teilweise nur ein Atom pro Minute für die Experimente zur Verfügung stand. Zur Messung wurde ein Laserspektroskopie-Verfahren genutzt, das Forschende vor einigen Jahren für Messungen an Nobelium-Isotopen entwickelt hatten. Die produzierten Kerne wurden in Argongas abgestoppt und nahmen dort Elektronen auf, um zu neutralen Atomen zu werden, welche dann mithilfe von Lasern untersucht wurden.
Die neutronenreichen, langlebigen Fermiumisotope (Fermium-255, Fermium-257) wurden in Pikogramm-Mengen am Oak Ridge National Laboratory in Oak Ridge, USA, und dem Institut Laue-Langevin in Grenoble, Frankreich, hergestellt. Eine radiochemische Präparation der Proben wurde an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) durchgeführt. Im Anschluss wurde dort eine Methode verwendet, bei der die Probe in einem Reservoir verdampft und im Vakuum mit Laserlicht untersucht wurde.
Laserlicht passender Wellenlänge bringt ein Elektron in Fermium-Atomen von einem Orbital auf ein weiter außen liegendes Orbital, und entfernt es schließlich ganz vom Atom, was effizient nachgewiesen werden kann. Die nötige Energie für diesen schrittweisen Ionenbildungsprozess ändert sich mit der Neutronenzahl. Diese kleine Änderung der Anregungsenergie wurde gemessen, um Informationen über die Größenänderungen der Atomkerne zu bekommen.
Die Untersuchungen erlaubten einen Einblick in die Änderungen des mittleren Kernladungsradius in Fermium-Isotopen über die Neutronenzahl 152 hinweg. Die Ergebnisse zeigen, dass die Kernladungsradien gleichmäßig ansteigen. Der Vergleich dieser experimentellen Daten mit verschiedenen theoretischen Berechnungen, die von internationalen Kollaborationspartnern mit modernen theoretischen Kernmodellen durchgeführt wurden, ermöglicht eine Interpretation der zugrunde liegenden physikalischen Effekte. Dabei wurde eine große Übereinstimmung aller Modelle, trotz unterschiedlicher Berechnungsmethoden, miteinander und auch mit den experimentellen Daten gefunden.
„Unsere experimentellen Ergebnisse und deren Interpretation mit Hilfe modernster theoretischer Verfahren weisen darauf hin, dass bei den Fermium-Atomkernen die Kernschaleneffekte keinen messbaren Einfluss auf die Kernladungsradien haben, im Gegensatz zum starken Einfluss, den sie auf die Bindungsenergien dieser Kerne haben“, sagt Jessica Warbinek, zum Zeitpunkt der Messung Doktorandin bei GSI/FAIR und JGU und Erstautorin der Publikation. „Die Ergebnisse bestätigen theoretische Vorhersagen, dass mit steigender Kernmasse nicht mehr Schaleneffekte dominieren, die nur von wenigen, einzelnen Kernbausteinen bestimmt werden, sondern Effekte, die auf die Gesamtheit aller Neutronen und Protonen zurückzuführen sind und Atomkerne eher als geladene Tröpfchen betrachten.“
Die experimentellen Verbesserungen eröffnen den Weg zu weiteren laserspektroskopischen Studien von schweren Elementen in der Region rund um die Neutronenzahl 152 und in noch schwereren Elementen, die bisher für solche Messungen unzugänglich sind. Dies stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zum besseren Verständnis von Stabilisationsprozessen in schweren und superschweren Elementen mit neuartigen Methoden dar. Weitere Entwicklungen werden es in Zukunft erlauben, selbst geringfügige Effekte der Schalenstruktur aufzuspüren, die der Grund für die Existenz der schwersten bekannten Elemente sind. (CP)
Dank dieser aktuellen Resultate liefern Experimente an GSI/FAIR nun Daten zu den drei superschweren Elementen 113, 114 und 115, was eine zuverlässige Klassifizierung ihrer Eigenschaften und der Struktur des Periodensystems in dieser extremen Region ermöglicht. Wenn Elemente schwerer werden, beschleunigen die vielen Protonen im Kern die um sie kreisenden Elektronen auf immer höhere Geschwindigkeiten – so hoch, dass Effekte auftreten, die nur mithilfe von Einsteins berühmter Relativitätstheorie zu erklären sind. Die reine Geschwindigkeit macht die Elektronen schwerer.
In Blei (Element 82) beispielsweise treten solche Effekte bereits zu Tage und tragen zu den chemischen Prozessen in Bleiakkumulatoren bei. Die linken und rechten Nachbarn – Thallium und Bismut – zeigen dieses Verhalten jedoch nicht. Der Effekt, wenngleich klein, ist bei Blei lokalisiert. Könnte ein superschweres Element eine Bleialternative sein? Wie wäre es mit dem schwereren Nachbarn unterhalb im Periodensystem, Flerovium, Element 114, das erst in den vergangenen 20 Jahren gefunden und chemisch untersucht wurde? Es verhält sich recht anders als Blei, geht schnell in den gasförmigen Zustand über und ist chemisch weniger reaktiv.
Um Antworten zu finden, mussten auch die beiden benachbarten Elemente 113 und 115 (Nihonium und Moscovium) untersucht werden. Während bereits über erste Hinweise auf die Chemie des Nihoniums berichtet wurde, war es bisher niemandem gelungen, die Chemie des Moscoviums zu untersuchen, bei dem das geeignetste Isotop nur etwa 20 Hundertstelsekunden existiert.
Dies ist der internationalen Kollaboration am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt (Deutschland) nun geglückt. Das Team konnte zeigen, dass die beiden Nachbarn Nihonium und Moscovium chemisch reaktiver sind als das dazwischenliegende Flerovium. Der in Blei beobachtete lokale Effekt tritt also auch in Flerovium auf, allerdings viel stärker, was angesichts der höheren Kernladung nicht verwundert.
Um dies zu zeigen, benötigten die Forschenden nur eine Handvoll Atome, aber zwei Monate kontinuierlicher Arbeit rund um die Uhr an der Schwerionenbeschleunigeranlage von GSI/FAIR. Um die superschweren Elemente herzustellen, bestrahlte das Team dünne Folien mit Americium-243 (Element 95), selbst ein künstliches Element, mit intensiven Ionenstrahlen aus Calcium-48 (Element 20). Ihre Fusion führte zu den Moscovium-288-Kernen (Element 115), welche innerhalb von Sekundenbruchteilen zu Nihonium-284 (Element 113) zerfielen.
Beide Elemente wurden mit Inertgas durch einen Detektorkanal mit einer dünnen Quarzoberfläche gespült. Die Detektoren registrieren den Zerfall der individuellen superschweren Atome und ermitteln so, ob sie eine chemische Verbindung mit dem Quarz eingehen, die stark genug ist, um die Atome dort festzuhalten, wo sie zuerst auf die Oberfläche treffen. Schwächere Bindung führt zu einem weiteren Transport mit dem Gas. So kann das im Detektorkanal registrierte Muster Informationen über die Stärke der chemischen Bindung und infolgedessen der chemischen Reaktivität des Elements liefern. Schwach reaktive Elemente können den Kanal sogar verlassen, um dann auf goldbeschichtete Detektoren zu treffen. Bindungen mit Gold sind im Allgemeinen stärker als mit Quarz, so dass sichergestellt wird, dass jedes erzeugte Atom auch wirklich festgehalten und detektiert wird.
„Dank eines neu entwickelten Aufbaus für chemische Separation und Detektion in Kombination mit dem elektromagnetischen Separator TASCA konnten unsere gaschromatografischen Untersuchungen zu reaktiveren chemischen Elementen wie Nihonium und Moscovium ausgeweitet werden“, erläutert Dr. Alexander Yakushev von GSI/FAIR, der Sprecher der internationalen Kollaboration. „Wir haben die Effizienz erhöht und die Zeit für die chemische Separation so weit reduziert, dass wir das sehr kurzlebige Moscovium-288 nachweisen konnten, und mit einer größeren Rate von zwei gemessenen Atomen pro Woche auch dessen Tochter Nihonium-284.“
Insgesamt wurden vier Moscovium-Atome registriert, alle im quarzbedeckten Detektorbereich. Auch die 14 gemessenen Nihonium-Atome wurden hauptsächlich im quarzbedeckten Bereich nachgewiesen, was die Bildung einer chemischen Bindung nahelegt. Ein Atom jedoch erreichte den goldbeschichteten Bereich, was vermuten lässt, dass die Quarzbindung nicht sehr stark ist. Dies steht im Kontrast zum Verhalten der Homologen Thallium (für Nihonium) und Bismut (für Moscovium), die beide starke Bindungen mit Quarz eingehen. Ebenso bildet Blei, das Homolog des Fleroviums, eine starke Verbindung mit Quarz, im Gegensatz zu Flerovium, das sich nicht mit Quarz verbindet.
Der vollständige Datensatz zeigt, dass die superschweren Elemente viel weniger reaktiv sind als ihre leichteren Homologe, was auf die Reaktionsträgheit im Zusammenhang mit dem Auftreten relativistischer Effekte zurückzuführen ist. Der ausgeprägteste Effekt ist lokal bei Flerovium zu beobachten, das zwar immer noch ein Metall ist, aber ein sehr schwach reagierendes – ein Verhalten, das auf das Vorhandensein geschlossener Elektronen(unter)schalen hinweist, fast wie bei den nicht reaktiven Edelgasen. Die Ergebnisse zeigen den Einfluss der Einstein‘schen Relativitätstheorie auf das Periodensystem und stellen gleichzeitig einen neuen Rekord für das schwerste jemals chemisch untersuchte Element auf.
Der technologische Fortschritt führt zu neuen Anforderungen an Werkstoffe. Könnten die neuen Elemente einen Beitrag leisten? Ähnlich der Transformation von Autoantrieben von fossil auf elektrisch werden weitere Gegenstände des täglichen Lebens durch neue Technologien ersetzt, die auf neuartigen Materialien basieren. Das erste Flerovium-basierte Gerät ist jedoch noch nicht in Sicht. Aktuell können einzelne Atome pro Woche, die für weniger als eine Sekunde existieren, hergestellt werden. Dies mag sich mit technologischem Fortschritt ändern; größere Mengen neuer Elemente könnten verfügbar werden. Ob sie in zukünftigen Batterien, als medizinische Wirkstoffe oder auf anderen, noch unvorstellbaren Wegen unser Leben bereichern können, wissen wir noch nicht. Aber dank der bahnbrechenden Experimente in Darmstadt haben zukünftige Forschende eine gute Ausgangslage und wissen bereits, welchen chemischen Charakter die neuen Materialien aufweisen. Das Ergebnis eröffnet auch neue Perspektiven für die internationale Anlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), die derzeit in Darmstadt gebaut wird. (CP)
Der PANDA-Theorie-PhD-Peis wurde auf dem jüngsten Panda-Kollaborationstreffen bei GSI in Darmstadt durch den Sprecher der PANDA-Kollaboration, Professor Klaus Peters, und den Vorsitzenden der Theorie-Beratergruppe, Professor Christian Fischer von der Universität Gießen während einer feierlichen Abendveranstaltung überreicht. Dr. Bruschini verwendete Coupled-Channel-Schrödinger-Gleichungen in adiabatischer und diabatischer Form für Charmonium-ähnliche Mesonen unterhalb und oberhalb der Schwelle. Die diabatische Born-Oppenheimer-Näherung ermöglicht eine vereinheitlichte Untersuchung von konventionellen und exotischen Charmonium-ähnlichen Mesonen, was einen großen Einfluss auf das PANDA-Physikprogramm hat.
Die PANDA-Kollaboration verleiht den Theorie-Promotionspreis, um speziell die Beiträge von Doktorand*innen im Zusammenhang mit dem PANDA-Projekt zu würdigen. Kandidat*innen für den Promotionspreis werden von ihren Betreuenden nominiert. Neben der direkten Relevanz für das Panda-Experiment muss die Promotion der Nominierten mit der Note „sehr gut“ oder besser bewertet worden sein. Bis zu drei Kandidat*innen werden für die Auszeichnung in die engere Wahl gezogen und können ihre Dissertationen auf dem PANDA-Kollaborationstreffen vorstellen. Der oder die Preistragende wird jeweils von einem Komitee ausgewählt, das von der PANDA-Kollaboration für diese Aufgabe ernannt wird. (BP)
Webseite der PANDA-Kollaboration
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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 selbst in Augenschein nehmen. Erst vor kurzem hatte die Installation der FAIR-Hightech-Beschleunigerkomponenten im Tunnel begonnen. Die Arbeiten schreiten kontinuierlich voran. Besichtigt wurden außerdem das Hauptversorgungsgebäude, der 17 Meter unter der Erde gelegene Beschleunigertunnel SIS100, das zentrale Bauwerk für die Strahlführungen und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) sowie die Experimentierhalle von NUSTAR.
Die Besucher zeigten sich beeindruckt von der Entwicklung bei GSI und FAIR. Michael Ruhl sagte: „Ich bin begeistert von diesem ambitionierten und einzigartigen Vorhaben für die internationale Spitzenforschung. Das künftige Beschleunigerzentrum FAIR wird unseren Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort weiter stärken und ist ein Leuchtturmprojekt für das Land Hessen. Unser Ministerium wird in seinem Zuständigkeitsbereich die anstehenden Entwicklungsschritte für die Inbetriebnahme und den Betrieb von FAIR konstruktiv begleiten und umsetzen.“ (BP)
]]>In zahlreichen Vorträgen und Poster-Ausstellungen präsentierten internationale Expert*innen aktuelle Entwicklungen und diskutierten Herausforderungen sowie zukünftige Forschungsansätze. Die Konferenz förderte den wissenschaftlichen Dialog und legte damit unter anderem den Grundstein für neue Forschungskooperationen. Die ECRIS 2024 behandelte dabei eine Vielzahl von Themen, die die aktuellen Trends und zukünftigen Entwicklungen der ECR-Ionenquellen widerspiegeln.
Schwerpunktthemen waren unter anderem Innovationen in der Ionenquellentechnologie, insbesondere Fortschritte in der Magnettechnologie und der Verbesserung der Strahlqualität, sowie praktische Einblicke in den Betrieb von ECR-Ionenquellen und Ansätze zur Überwindung technischer Herausforderungen. Auch die Anwendung von ECR-Ionenquellen in der Kernphysik, der Materialwissenschaft und der Industrie war ein wichtiger Punkt. Zudem fanden Diskussionen über Fortschritte in der theoretischen Modellierung und Simulation der Prozesse in ECR-Ionenquellen statt.
Zu den Höhepunkten der Konferenz zählte auch die Verleihung des Richard Geller-Preises durch die Firma PANTECHNIK. Der renommierte Preis würdigt herausragende Beiträge zur Entwicklung von ECR-Ionenquellen und fördert junge Forschende. Außerdem gab es eine Exkursion nach Frankfurt sowie Führungen durch die GSI-Anlagen und zur FAIR Baustelle, die den Teilnehmenden einen Einblick in die praktische Anwendung der Beschleunigertechnologie gaben.
Die Organisatoren zogen nach der Veranstaltung eine positive Bilanz: „Die ECRIS 2024 war ein voller Erfolg und hat die ECR-Ionenquellen-Community nachhaltig gestärkt. Die präsentierten Forschungsergebnisse und Diskussionen haben wertvolle Impulse für zukünftige Entwicklungen gegeben. Wir sind stolz darauf, dass GSI Gastgeber dieser bedeutenden internationalen Konferenz war und freuen uns darauf, die Ergebnisse und Erkenntnisse mit der wissenschaftlichen Gemeinschaft zu teilen.“ (BP)
]]>Nach der Begrüßung besichtigten die Delegationen die FAIR-Baustelle, wo sie die neuen Gebäude in Augenschein nehmen konnten, die derzeit mit Infrastruktur und ersten Beschleunigerkomponenten ausgestattet werden. Die Gäste konnten sich einen Überblick über die Anlage vom Dach des Transfergebäudes aus verschaffen, wo bereits alle erforderlichen Kühltürme installiert sind. Von besonderem Interesse waren die Stromrichter, die als indischer Sachbeitrag (In-Kind) für FAIR zur Verfügung gestellt wurden und von denen einige bereits an ihrem endgültigen Standort installiert sind. Weitere Stationen waren die ersten bereits installierten supraleitenden Magneten im SIS100-Tunnel, der Super-FRS-Bereich und die Experimentierbereiche von CBM und NUSTAR.
Nach einem bilateralen Treffen kamen die Delegationen mit indischen Forschenden bei GSI/FAIR zu einem informellen Austausch zusammen. Die Teilnehmenden diskutierten Hürden und Chancen für indische Wissenschaftler*innen in Deutschland und Möglichkeiten, mit Indien in Verbindung zu bleiben.
Stefan Müller schloss mit den Worten: „Das BMBF ist sehr dankbar für den Besuch des indischen DST-Staatssekretärs. FAIR ist ein Eckpfeiler der Zusammenarbeit mit Indien und eine Drehscheibe der deutsch-indischen Wissenschaft. FAIR hat trotz aller Herausforderungen der letzten Zeit große Fortschritte gemacht. FAIR entwickelt sich nun nach Plan, was ohne unsere indischen Partner nicht möglich gewesen wäre.“
Professor Abhay Karandikar erklärte: „Für Indien ist FAIR sehr wichtig, zumal wir in diesem Jahr das 50-jährige Bestehen der deutsch-indischen Zusammenarbeit in Wissenschaft und Technik feiern. Eine große Wissenschaftscommunity in Indien freut sich darauf, Experimente an FAIR durchzuführen. Derzeit sind 40 bis 50 Gruppen aus verschiedenen Institutionen in Indien bei FAIR engagiert, und wir sind bereit, es auf die nächste Stufe zu heben.“ (BP)
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GSI und FAIR bieten den Auszubildenden ein einzigartiges Arbeitsumfeld, das hochkomplexe technische Aufgaben mit internationaler Ausrichtung verbindet. Die Nachwuchskräfte profitieren von der Möglichkeit, modernste Technologien kennen zu lernen und aktiv an innovativen Forschungsprojekten mitzuwirken. Die Nachwuchsförderung spielt in der Personalstrategie des Forschungszentrums eine zentrale Rolle, da der langfristige Erfolg maßgeblich von der Qualifizierung und Entwicklung junger Talente abhängt. Durch praxisnahe Projekte und den Einsatz modernster Technik wird sichergestellt, dass die Auszubildenden ihre Fähigkeiten kontinuierlich erweitern und optimal auf zukünftige Herausforderungen vorbereitet sind.
Von den zwölf neuen Auszubildenden beginnen zwei eine dreijährige Ausbildung als Kaufleute für Büromanagement und durchlaufen unter anderem die Abteilungen Personal, Einkauf und Finanzen. Vier weitere Auszubildende spezialisieren sich als Elektroniker*innen für Geräte und Systeme in der Abteilung Kontrollsysteme. Ein*e angehende*r Fachinformatiker*in startet die Ausbildung im IT-Bereich. Darüber hinaus beginnen ein*e angehende*r Anlagenmechaniker*in, zwei Industriemechaniker*innen und zwei Konstruktionsmechaniker*innen ihre dreieinhalbjährige Ausbildung in den technischen Werkstätten.
Derzeit bilden GSI und FAIR 32 junge Menschen in unterschiedlichen Berufen aus. Neben der praktischen Ausbildung erhalten die Auszubildenden Zugang zu internen Schulungen und regelmäßigen Veranstaltungen, die ihre berufliche Entwicklung fördern. Im Jahr 2024 haben drei Auszubildende ihre Ausbildung erfolgreich abgeschlossen.
Um auch in Zukunft auf engagierte Nachwuchskräfte zählen zu können, ist die Bewerbungsphase für das Ausbildungsjahr 2025 gestartet. Unter anderem werden Auszubildende in technischen Berufen, darunter auch Industriemechaniker*innen, für das kommende Jahr gesucht. (JL)
Interessierte können sich online bewerben unter:
https://www.gsi.de/jobskarriere/ausbildung_duales_studium
Die Strahlentherapie (RT) ist ein Hauptpfeiler der modernen Krebsbehandlung. Konventionell werden Patient*innen liegend behandelt, während der Strahl mit einer Lenkungsvorrichtung (Gantry) um den Körper herumgeführt werden kann und so aus einem beliebigen Winkel auf den Tumor ausrichtet wird. „UPLIFT“ dagegen fokussiert sich auf eine alternative Methode, bei der die Behandlung bei aufrechter Körperhaltung erfolgt und die Patient*innen beliebig auf einen festen Strahl ausgerichtet werden können. Dieser Ansatz bietet nicht nur klinische Vorteile, sondern könnte auch Platz und Kosten sparen– zwei wesentliche Faktoren, um fortschrittliche Behandlungsmethoden weltweit zugänglicher zu machen.
Durch diesen geringeren Platzbedarf und niedrigere Behandlungskosten rückt die Strahlentherapie in aufrechter Haltung in den Mittelpunkt der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung: Aktuell leben 80 Prozent der Krebspatienten in Ländern, in denen nur fünf Prozent der globalen Strahlentherapie-Kapazitäten vorhanden sind. Die aufrechte Patientenlagerung kann helfen, diese Lücke zu schließen, indem sie den Zugang zu lebensrettenden oder –verlängernden Behandlungen weltweit erleichtert. Darüber hinaus verbessert eine aufrechte Behandlung den Patientenkomfort und ist mit anatomischen und physiologischen Vorteilen verbunden, beispielsweise einer geringeren Atembewegung.
Die aufrechte Patientenlagerung und entsprechende Bildgebungslösungen stoßen auf großes Interesse. Doch noch sind wichtige wissenschaftliche Fragen offen, es fehlen internationale Leitlinien für die aufrechte Strahlentherapie, zudem sind die bestehenden Strahlentherapie-Arbeitsabläufe auf liegende Patient*innen ausgerichtet. Mit 17 Einzelprojekten, und zwei weiteren, die an englischen Instituten geplant sind, wird „UPLIFT“ wichtige Fragen in den Bereichen Behandlungsplanung, klinische Arbeitsabläufe und Gerätekonstruktion untersuchen. Insbesondere die Herausforderung, die hohen Präzisionsansprüche der modernen Strahlentherapie auch bei der aufrechten Körperhaltung zu erfüllen, wird im Mittelpunkt der Forschung stehen. Fragen wie „Welche Patienten sind für eine Strahlentherapie in aufrechter Haltung geeignet?“ oder „Wie lässt sich das neue Equipment, wie etwa ein Behandlungsstuhl oder hochmoderne Bildgebungssysteme, optimal einsetzen?“ sollen durch das Projekt beantwortet werden.
UPLIFT will aber nicht nur technische und wissenschaftliche Durchbrüche erzielen, sondern auch die nächste Generation von Expert*innen aufbauen. Da die ersten Kliniken neue Technologien für aufrechte Strahlentherapie einführen, besteht bereits weltweit ein Bedarf an geschulten Fachkräften in Industrie, Kliniken und Hochschulen, um die anvisierten Vorteile für die Patientenversorgung zu erreichen. Durch UPLIFT, das akademische und klinische Zentren mit führenden Industriepartnern verbindet, wird ein europaweites Netzwerk solcher Spezialisten geschaffen. Das Projekt nutzt dabei die neuesten Technologien für Strahlentherapie in aufrechter Haltung, die durch die beteiligten hochklassigen Industrievertreter aus ganz Europa eingebracht werden.
„UPLIFT wird die moderne Strahlentherapie revolutionieren und sie menschlicher, zugänglicher und nachhaltiger machen“, sagen die beiden Projektleiter Professor Christian Graeff und Dr. Lennart Volz. „Das Forschungsprojekt könnte nicht nur die Kosten für die Behandlung senken, sondern auch den Komfort und die Behandlungsergebnisse für Patient*innen verbessern und Europa so an die Spitze des Paradigmenwechsels zu einer Strahlentherapie in aufrechter Haltung führen.“ Der Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, in der das Projekt koordiniert wird, Professor Marco Durante, betont: „Ich freue mich, dass Professor Graeff und Dr. Volz ein solch großes Förderprojekt leiten. Es ist ein zukunftsweisendes Zeichen für unsere biomedizinische Forschungskompetenz und zugleich ein wichtiger Impuls für die Partikeltherapie. UPLIFT hat das Potenzial, die künftigen Behandlungsmethoden im Kampf gegen den Krebs entscheidend zu erweitern.“ (BP)
Insgesamt sind 15 Wissenschaftseinrichtungen und Industriepartner an dem Projekt beteiligt, in Deutschland drei Helmholtzzentren (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Deutsches Krebsforschungszentrum KFZ, Helmholtzzentrum Dresden-Rossendorf), in Italien ASG Superconductors, Centro Nazionale di Adroterapia Oncologia, in Frankreich Centre Leon Berard, TheraPanacea, in Polen Jagiellonen-Universität, in Tschechien Tschechische Technische Universität, in Slowenien Cosylab, in Schweden RaySearch Laboratories, in der Schweiz das Paul-Scherrer Institut, in England Sheffield Hallam University, Leo Cancer Care und die Loughborough University.
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]]>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)
Die Veranstaltung auf dem YouTube-Kanal der Norwegischen Akademie der Wissenschaften:
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]]>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)
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:
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)
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)
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)
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)
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)
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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 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.
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)
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.
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.
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)
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)
TRANSIEVES-Webseite bei der TU Darmstadt
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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)
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)
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.
Video FAIR-Baustelle im April 2024
Video FAIR-Baustelle 2018-2024 im Zeitraffer
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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)
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)
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)
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.
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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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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:
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)
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)
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 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.
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)
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.
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.“
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.
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
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)
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)
Wissenschaftliche Veröffentlichung „Observation of fixed lines induced by a nonlinear resonance in the CERN Super Proton Synchrotron“ im Fachmagazin Nature Physics
]]>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:
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.
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.
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.
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.
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)
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 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.
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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)
Gruppe von Almudena Arcones an der TU Darmstadt
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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)
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.
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.
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)
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:
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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)
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)
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)
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]]>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)
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)
Über das Helmholtz-Institut Jena
Über Osterwold°Schmidt EXP!ANDER Architekten
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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)
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
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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)
CNAO, Nationales Zentrum für onkologische Hadronentherapie
Projekt HITRIPlus: Heavy Ion Therapy Research Integration
FOOT-Experiment FragmentatiOn Of Target
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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.
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.
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)
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)
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)
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)
Pressemitteilung des Europäischen Forschungsrates (auf Englisch)
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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)
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.
Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.
Technische Universität Dresden
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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)
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)
Forschung an superschweren Elementen
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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)
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)
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)
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)
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
„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)
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)
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)
„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)
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.
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)
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)
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.
Das GET_INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und erste Forschungserfahrungen zu sammeln, um sich in das internationale FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten.
Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR) und Professor Dr. Piotr Salabura (Jagiellonen-Universität)
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)
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)
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)
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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)
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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.
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.
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)
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)
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)
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)
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)
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.
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)
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)
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)
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.
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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):
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)
]]>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:
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)
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.
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.
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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)
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)
]]>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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
Frankreichs Beteiligung an FAIR
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
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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)
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)
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)
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)
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 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.
Für Anfragen bitte kontaktieren: Dr. Pradeep Ghosh, E-Mail Pradeep.Ghosh@fair-center.eu oder International@gsi.de.
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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)
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)
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)
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)
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.
Pressemitteilung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
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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.
„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.“
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.“
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.
„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.
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:
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 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
Tschechische Republik als Aspirant Partner von FAIR
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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)
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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)
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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 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.“
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)
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)
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)
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)
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)
Weitere Informationen
]]>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)
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)
Nature Reviews Clinical Oncology
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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)
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.
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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)
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.
Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.
Technische Universität Darmstadt
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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)
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.
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.
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 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.
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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“ (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)
Über die Promotionsarbeit von Dr. Jenny Regina
Über den PANDA-Preis
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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)
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.
„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.
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.
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.
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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)
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)
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.
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.
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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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)
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)
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)
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)
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)
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)
Dr. Harald Hagelskamp, Leiter der FAIR-Baustelle, Emmanuel Rosi, Leiter des Projekt Management Office FAIR Project, und Dr. Ingo Peter begleiteten den Gast anschließend zur Magnettestanlage und zur FAIR-Aussichtsplattform. Bei einer Bustour erhielt er einen Überblick über das gesamte FAIR-Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und südlichen Baubereich. Bei der Begehung des unterirdischen SIS100-Beschleunigertunnels und des CBM-Experiments, die beide im Rohbau fertig gestellt sind, sowie des Transfergebäudes, das den zentralen Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung bildet, und des NUSTAR-Experiments konnten die Gäste einen unmittelbaren Eindruck vom Fortschritt der Bauarbeiten gewinnen.
Anschließend hatte Dr. Holger Becker in einer Videokonferenz mit Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, sowie Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Gelegenheit für einen ausführlichen Austausch über aktuelle und zukünftige Vorhaben des FAIR-Projekts sowie bei GSI. (LW)
In seiner Promotionsarbeit mit dem Titel „Application of pulsed UV laser systems for cooling of high-relativistic ion beams and laser spectroscopy of Be-like krypton ions” (dt. Anwendung von gepulsten UV-Lasersystemen für die Kühlung von hochrelativistischen Schwerionenstrahlen und Laserspektroskopie von Be-ähnlichen Kryptonionen) konzentrierte sich Dr. Sebastian Klammes auf seine Forschung zur Ionenstrahlkühlung an Teilchenbeschleunigeranlagen. Die Ionenstrahlkühlung mithilfe von Lasern ist eine unverzichtbare Technik zur Erzeugung hochwertiger Ionenstrahlen mit schmaler Geschwindigkeitsverteilung und insbesondere für den Ringbeschleuniger SIS100 der internationalen Beschleunigeranlage FAIR von herausragender Bedeutung. Für seine Forschung zur Laserkühlung von hochenergetischen und intensiven Ionenstrahlen diente der ESR-Speicherring als Pilot- und Testanlage .
Klammes konnte in seiner Arbeit mithilfe eines gepulsten UV-Lasersystems die breitbandige Laserkühlung von relativistischen und gebündelten Kohlenstoffionen (C3+) erfolgreich demonstrieren. Das Lasersystem wurde zu einer transportablen Version umgebaut und mit einem modernen Datenerfassungssystem versehen. Zur präzisen Überprüfung theoretischer Modelle zur Beschreibung der Atomstruktur komplexer Vielelektronensysteme wurden Laserspektroskopieexperimente an Beryllium-artigem Krypton (Kr32+; Kryptonatom mit vier Elektronen) am ESR durchgeführt. Zum Umfang der Arbeit gehörte des Weiteren die Mitarbeit an der Laserkühlung von Sauerstoffionen (O5+) am Speicherring CSRe in Lanzhou, China.
Der SPARC PhD Award wird seit 2018 jährlich verliehen und ist mit einem Preisgeld von 300 Euro verbunden. Mit dem Preis wird die beste Promotionsarbeit innerhalb der Kollaboration bezüglich der Atomphysik mit Schwerionen an den Forschungsanlagen von GSI und FAIR ausgezeichnet. SPARC steht für Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration (dt. Forschungskollaboration für die Atomphysik mit gespeicherten Teilchen). Aktuell gehören über 400 Mitglieder aus 26 Ländern der Kollaboration an. Sie experimentieren mit den bestehenden atomphysikalischen Anlagen bei GSI und bereiten neue Experimente und Aufbauten am zukünftigen FAIR-Beschleuniger vor. (CP)
GSI/FAIR zeigen sich dabei als starker Innovationspartner für Start-ups im Darmstädter Transfer-Ökosystem. GSI als traditionsreiche Bestandseinrichtung mit dem internationalen Mega-Bauprojekt FAIR als zusätzlichem Innovationstreiber verfügen gemeinsam über ein umfangreiches Portfolio an geistigem Eigentum (IP), Know-how und technischer Problemlösungskompetenz, das eine optimale wirtschaftliche Verwertung für verschiedene Anwendungen der jeweiligen Innovationen ermöglicht.
Der Zugang zu diesem breiten Portfolio für die industrielle Nutzung soll nicht nur durch IP-Lizenz- und Übertragungsvereinbarungen und gemeinsame F&E-Pojekte, sondern auch über den Weg der Ausgründungen erfolgen. Ziel ist die Förderung der Gründung von Start-ups oder Spin-Off-Firmen, deren Aktivitäten ganz oder teilweise auf GSI/FAIR-Wissen und -Technologien beruhen. Die Stabsstelle Technologietransfer unterstützt dabei sowohl GSI/FAIR-Mitarbeitende als auch Externe, die ein solches Unternehmen aufbauen wollen.
Auf dem Ausstellungsstand präsentieren GSI/FAIR Technologien, Kompetenzen und Kooperationsangebote aus den Bereichen Energieeffizienz, Materialforschung, Elektronik und IT/Software, so beispielsweise auch das Angebot an Start-ups, das Reallabors „Digital Open Lab“ für F&E-Projekte im Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube zu nutzen. GSI/FAIR haben mit dem Green IT Cube ein sehr energieeffizientes und nachhaltiges Rechenzentrum, dessen Technologie auf der Kaltwasserkühlung der Computerschränke (sogenannte Racks) und der Weiterverwendung der abgeführten Wärme basiert. Interessierte Partner können im Rahmen des Digital Open Lab ihre Rechnersysteme in die Racks einsetzen und sie für die Entwicklung, Erprobung und das Upscaling von energieeffizienten Hochleistungsrechnern bis zum Maßstab industrieller Demonstratoren auf dem Campus entwickeln.
Auf dem Start-up & Innovation Day treffen Founderspirit und Innovationsgeist auf Wirtschaft, Wissenschaft und Politik. Auf der Messe stellen sich einen ganzen Tag lang Innovationsprojekte und (Tech)Start-ups vor, von ersten Ideen oder frühen Innovationen bis hin zu wissens-und technologiebasierten Gründungen, die bereits einen erfolgreichen Markteintritt geschafft haben. Auch sind zahlreiche Netzwerkpartner und Gründungsunterstützende Organisationen aus der Gründerszene des Rhein-Main-Gebiets mit Ständen vor Ort und zeigen die enorme Innovationskraft der Region.
Interessierte können die Veranstaltung kostenfrei besuchen. Tickets sind bei den Organisatoren der Technischen Universität Darmstadt zu bekommen. (CP)
Schweres Quarkonium ist ein nicht-relativistisches System aus einem schweren Quark und einem schweren Antiquark, das die Grundlage für die Entwicklung der Quantenphysik mit starker Wechselwirkung, der so genannten Quantenchromodynamik, darstellt. Es weist ein Muster getrennter Energieskalen auf, das es als besondere Sonde für komplexe Umgebungen qualifiziert, und spielt daher eine wichtige Rolle an der Grenze unseres Wissens von der Teilchen- zur Kernphysik und zur Kosmologie. Es ist jedoch schwierig, es theoretisch zu untersuchen, daher werden auf diesem Gebiet ständig hochmoderne Werkzeuge und Techniken entwickelt.
In den letzten Jahrzehnten gab es auf diesem Gebiet eine Fülle überraschender Entdeckungen, die unsere Wahrnehmung von der Vielfalt der in der Natur existierenden Zustände erheblich erweitert haben. Tetraquarks, Pentaquarks, Hadromoleküle und doppelt schwere Baryonen sind die neuesten Mitglieder des Teilchenzoos, und die Untersuchung dieser Zustände wird uns zu einem tieferen Verständnis der starken Wechselwirkungen verhelfen.
Mitglieder aller Collider-Experimente waren anwesend, vom Large Hadron Collider am CERN bis hin zur Beauty Factory in Japan und der Tau-Charm-Fabrik in China, und lieferten eine innovative und unkonventionelle Schnittstelle von neuen Ideen, neuen Daten, neuen Theorien und Aussichten für neue Experimente.
Die QWG hat sich aufgrund der Anerkennung, Unterstützung und Erwartung der bevorstehenden FAIR-Anlage für die Ausrichtung des Treffens bei GSI/FAIR entschieden. Das zukünftige PANDA-Experiment (antiProton ANnihilation at Darmstadt) an FAIR wird ein breites physikalisches Programm bieten, das verschiedene Aspekte der starken Wechselwirkung abdeckt und eine Schlüsselrolle für die Quarkonium-Physik spielen wird.
Die Tagung trägt wesentlich zur Vorbereitung des PANDA-Experiments bei, welches in einem sehr internationalen Rahmen entsteht und vergleichbar mit Hochenergiephysik-Experimenten ist. Die Ergebnisse auf diesem Gebiet werden sich auf die Fähigkeit auswirken, Präzisionsphysik zu betreiben und stark wechselwirkende Systeme zu kontrollieren. Diese neuen Werkzeuge werden für eine breitere Gemeinschaft von Nutzen sein. (CP)
Seit 2008 bildet ein Rahmenvertrag die Grundlage der engen wissenschaftlichen Kooperation zwischen der Goethe-Universität Frankfurt und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Jetzt wurde der Rahmenvertrag erneuert und unter rechtlichen sowie wissenschaftspolitischen Gesichtspunkten aktualisiert. Die Rahmenvereinbarung über die strategische Zusammenarbeit beider Institutionen hat zum Ziel die Forschung und die Entwicklung für den Teilchenbeschleuniger FAIR zu stärken. Ein Fokus liegt dabei auf der Beschleuniger- und Schwerionenphysik sowie der „grünen“ IT-Technologie, die als konkrete Forschungsgebiete im Vertrag verankert sind.
Im wissenschaftlichen Netzwerk der Rhein-Main-Region kooperieren das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und die Goethe-Universität seit vielen Jahren eng miteinander. Es gibt acht gemeinsam berufene Professor*innen etwa in der theoretischen Physik und der Beschleunigerphysik, außerdem zahlreiche Kooperationsprojekte, zum Beispiel die Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF), ein Think Tank der physikalischen Grundlagenforschung, und die Graduiertenakademie GRADE Center for Hadron and Ion Research, die an der Goethe-Universität angesiedelt ist. Auch der Green IT Cube von GSI, ein besonders energieeffizientes Hochleistungsrechenzentrum, geht auf eine Entwicklung von Wissenschaftler*innen der Goethe-Universität und GSI zurück.
Professor Enrico Schleiff, Präsident der Goethe-Universität Frankfurt, erläutert: „GSI mit der großen Beschleunigeranlage FAIR, die gerade erbaut wird, ist seit vielen Jahren ein äußerst wichtiger strategischer Kooperationspartner für die Goethe-Universität Frankfurt. So qualifizieren wir in GRADE und in der Helmholtz Forschungsakademie HFHF gemeinsam die nächste Generation junger, talentierter Forscherinnen und Forscher und öffnen ihnen Möglichkeiten, sich wissenschaftlich zu etablieren. Weiterhin haben wir im vergangenen Jahr das vom Land Hessen geförderte Schwerpunktprojekt ELEMENTS gestartet, an dem die Goethe-Universität, das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und die TU Darmstadt beteiligt sind.“ Bei ELEMENTS experimentieren Wissenschaftler*innen an Teilchenbeschleunigern, um die Materie in extremen astrophysikalischen Objekten wie Neutronensternen zu verstehen und mit theoretischen Modellen zu beschreiben.
Präsident Schleiff ist überzeugt: „Mit GSI verbindet uns die physikalisch-mathematische Grundlagenforschung, eines der prägenden Forschungsthemen der Goethe-Universität, die wir in unserem Profilbereich ‚Space, Time & Matter‘ gebündelt haben: Hier arbeiten rund 150 Professorinnen und Professoren und 1000 Mitarbeitende und bilden 10.000 Studierende aus. Zusammen mit GSI wollen wir die Spitzenforschung in diesem Bereich weiter vorantreiben. Aber der neue Kooperationsvertrag geht weit über die Zusammenarbeit in der Forschung hinaus und bietet somit auch Raum für neue Kooperationsformate bis in die Verwaltung hinein.“
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, erklärt: „Mit FAIR entsteht bei GSI eine weltweit einzigartige Beschleunigeranlage für die Forschung in der Teilchen- und Kernphysik, mit der wir neue Erkenntnisse zum Aufbau der Materie und zur Entwicklung des Universums gewinnen werden. Die enge Partnerschaft mit der Goethe-Universität wird unseren wissenschaftlichen Erfahrungsaustausch weiter fördern und die Grundlagenforschung in diesem faszinierenden Wissenschaftsfeld ausbauen. Neben dem reinen Erkenntnisgewinn erwarteten wir auch hochspannende wissenschaftliche Ergebnisse aus der biomedizinischen Strahlenforschung und der Materialforschung. Und hochtechnologische Neuentwicklungen in den Bereichen Detektor- und Sensortechnologien oder in energiesparenden Supercomputern generieren nicht nur Nutzen für die Wissenschaft, sondern auch für Wirtschaft und Gesellschaft. Wir sind froh, mit der Goethe-Universität einen so starken Forschungspartner zu haben.“ (JL)
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Ein internationales Team am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Kooperation mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), hat für wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Magnetresonanztomografie (MRT) den „Erwin-Schrödinger-Preis – Wissenschaftspreis des Stifterverbandes“ des Jahres 2021 erhalten. Die Preisverleihung fand im Rahmen der Helmholtz-Jahrestagung in Berlin statt. "Der Wissenschaftspreis des Stifterverbandes prämiert wissenschaftlich oder technisch innovative Leistungen, die in Grenzgebieten zwischen verschiedenen Fächern der Medizin, Natur- und Ingenieurwissenschaften erzielt worden sind. Diese Neugier und der Wille, sich über Grenzen hinweg zusammen zu tun, zeichnen auch unsere heutigen Preisträgerinnen und Preisträger aus", sagte Professor Michael Kaschke, Präsident des Stifterverbandes, in der Laudatio. Die Preisverleihung hätte ursprünglich im Dezember 2021 stattfinden sollen, wurde jedoch wegen der Coronasituation verschoben.
Auch Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, freute sich über die Preisverleihung: „Das Helmholtz-Institut Mainz bietet den Forschenden in dieser interdisziplinären Kooperation ein Umfeld, um Spitzenleistungen zu ermöglichen. Die Ergebnisse dieses hervorragenden Forschungsteams zeigen die übergeordnete Bedeutung enger weltweiter Vernetzung in der Wissenschaftsgemeinschaft. Ich bin daher hocherfreut und stolz, dass diese großartige wissenschaftliche Leistung mit dem Erwin-Schrödinger-Preis geehrt wurde.“
Die Gruppe um Professor Dmitry Budker, Professor für Experimentelle Atomphysik an der JGU und Sektionsleiter am HIM, entwickelte eine Technik, mit der die hyperpolarisierte Magnetresonanztomografie verbessert werden kann. Die neue Technik zur Beobachtung von Stoffwechselprozessen im Körper verspricht wesentlich günstiger und einfacher zu sein als bisherige Verfahren. Die MRT oder Kernspintomografie hat sich in den vergangenen Jahrzehnten zu einer Standardmethode für medizinische Untersuchungen entwickelt. Mit ihr lassen sich Weichteile des Körpers wie das Gehirn, Bandscheiben oder auch die Bildung von Tumoren untersuchen.
Die Auszeichnung mit dem Erwin-Schrödinger-Preis 2021 ging im Einzelnen an Dmitry Budker (Physiker, HIM), James Eills (Chemiker, HIM), John Blanchard (Chemiker, HIM), Danila Barskiy (Physikochemiker, HIM), Kerstin Münnemann (Chemikerin, Universität Kaiserslautern), Francesca Reineri (Chemikerin, Universität Turin), Eleonora Cavallari (Pharmazeutische und Biomolekularwissenschaftlerin, Universität Turin), Silvio Aime (Biowissenschaftler, Universität Turin), Gerd Buntkowsky (Physikochemiker, TU Darmstadt), Stephan Knecht (Physiker, TU Darmstadt), Malcolm H. Levitt (Chemiker, Universität Southampton) und Laurynas Dagys (Chemiker, Universität Southampton). Der Preis ist mit insgesamt 50.000 Euro dotiert.
Das Helmholtz-Institut Mainz wurde 2009 durch GSI und die JGU gegründet, um die langjährige Kooperation der beiden Institutionen weiter zu stärken. An seinem Standort in Mainz befasst sich das HIM mit Fragen zur Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie in experimentellen und theoretischen Untersuchungen. Die Grundfinanzierung erfolgt durch den Bund und das Land Rheinland-Pfalz. Die JGU unterstützt das HIM durch die Bereitstellung von Infrastruktur. (CP)
Das Big Science Business Forum 2022 ist die zweite Ausgabe der zentralen Anlaufstelle für europäische Unternehmen und andere Interessengruppen, um sich über die künftigen Investitionen und Beschaffungen der europäischen Big-Science-Organisationen im Wert von 37 Milliarden Euro zu informieren. Dem Erfolg des ersten BSBF folgend, das 2018 in Kopenhagen stattfand, wird das Forum den Unternehmen erneut die Möglichkeit bieten, sich über die Geschäftsmöglichkeiten der kommenden Jahre in einer Vielzahl von Geschäftsbereichen und Technologien zu informieren.
Drei der Vorschläge für den Technologietransfer von GSI/FAIR wurden für die dedizierte Technologietransfer-Session akzeptiert und wir sehen der Kontaktaufnahme interessierter Partner entgegen, um uns bei der Realisierung des enormen Potentials zu unterstützen:
BSBF2022 bietet die Möglichkeit, Vertreter der europäischen Big Science-Organisationen (wie FAIR) und ihre wichtigsten Lieferanten und Technologieexperten zu treffen, sich zu vernetzen und langfristige Partnerschaften aufzubauen, ihr Fachwissen und ihr Potenzial für den Big Science-Markt durch die Teilnahme an der offenen Ausstellungsfläche zu präsentieren und einen Einblick zu erhalten, wie Unternehmen mit dem Big-Science-Markt interagieren können. (CP)
Jedes Jahr bietet das Summer Student Program einen Einblick in die Forschung an einem Teilchenbeschleuniger. „Das Programm hat meine Erwartungen weit übertroffen“, sagte Julia Świątkowska, Teilnehmerin aus Warschau, am Ende des achtwöchigen Programms. „Die Menschen waren fantastisch, die Projekte und zusätzlichen Aktivitäten unglaublich interessant. Insgesamt hat die Erfahrung bei GSI meinen Geist für eine ganz neue Welt der Wissenschaft geöffnet."
Alle Sommerstudierenden arbeiteten in dieser Zeit bei einer Forschungsgruppe an einem kleinen eigenen wissenschaftlichen oder technischen Projekt aus dem laufenden Forschungsbetrieb. Die Thematik reichte dabei von der Atomphysik über Materialwissenschaften bis hin zur Kern- und Astrophysik. Entwicklungen und Tests von technischen und experimentellen Komponenten für die FAIR-Beschleunigeranlage, die gerade bei GSI gebaut wird, und deren zukünftige Experimente, standen dabei im Mittelpunkt. „Das Programm war eine unglaubliche Erfahrung, sowohl in Bezug auf das, was ich gelernt habe, als auch auf das, was ich mit Menschen erlebt habe, die ich immer als meine Freunde betrachten werde," sagte Pablo Garcia Gil aus Vigo, Spanien.
Viele der internationalen Studierenden kommen nach dem Summer Student Program für eine Master- oder Doktorarbeit bei GSI und FAIR zurück nach Darmstadt. Bereits zum 40. Mal fand das Summer Student Program statt, das in Zusammenarbeit mit der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert wird. Neben wissenschaftlichen Veranstaltungen standen eine Stadtralley, Sportangebote des GSI-Betriebssports und selbstorganisierte Unternehmungen in der Region auf dem Programm. In begleitenden Vorlesungen wurden das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt. (LW)
Bei GSI wurden von 1981 bis 1996 sechs neue Elemente entdeckt. Ein Teil der Forschungsinstrumente, die diese Entdeckungen ermöglicht haben, sind nun auf der Museumsinsel in München öffentlich ausgestellt.
Um ein neues Element zu erzeugen, werden zwei Elemente verwendet, die auf der Erde natürlicherweise vorkommen. Das Element 110, Darmstadtium, wurde zum Beispiel durch die Verschmelzung von Nickel (Element 28) und Blei (Element 82) erzeugt (28+82=110). Hierfür werden bei GSI Ionen mit einem Teilchenbeschleuniger auf etwa 10 % der Lichtgeschwindigkeit gebracht und dann auf dünne Folien in einem Targetrad geschossen. Durch die hohe Geschwindigkeit wird die enorme Abstoßung der beiden Atomkerne überwunden und sie können zu einem neuen Element verschmelzen. Ein solches Targetrad ist nun im Deutschen Museum zu sehen, ebenso wie einer der Detektoren, der am sogenannten Geschwindigkeitsfilter SHIP (Separator for Heavy Ion reaction Products) bei GSI jahrelang im Einsatz war. Mit einer Kombination von sehr starken elektrischen und magnetischen Feldern trennte SHIP die durchs Vakuum fliegenden, elektrisch geladenen Reaktionsprodukte aufgrund ihrer unterschiedlichen Geschwindigkeit von den Projektilen (hier Nickel) ab. Nach der Trennung wurden die neuen Elemente in einem Halbleiter-Detektor aus Silizium, wie er jetzt ausgestellt ist, gestoppt und durch die Messung ihrer charakteristischen Alpha-Strahlung identifiziert. Auf diese Weise wurden die sechs neuen Elemente Bohrium (107), Hassium (108), Meitnerium (109), Darmstadtium (110), Roentgenium (111), Copernicium (112) entdeckt. (LW)
Am GSI- und FAIR-Stand auf dem Neupfarrplatz locken zwei Spiele das Publikum an: Groß und Klein können selbst ausprobieren, wie ein Teilchenbeschleuniger funktioniert und wie man den Aufbau der Materie untersuchen kann, um so mehr über eines der größten Bauprojekte für die Grundlagenforschung zu erfahren. Wer nicht vor Ort in Regensburg sein kann, kann trotzdem teilnehmen: Die Ausstellung ist an drei Tagen per Live-Stream auf YouTube zu besuchen. Am Dienstag, dem 20. September, ist auch der Stand von GSI und FAIR dabei.
Den Auftakt zu dem einwöchigen Physik-Spektakel macht am 19. September die große Highlights-Show in der Donau-Arena mit Wissenschaft und Unterhaltung für die ganze Familie – mit atemberaubenden Experimenten, vorgeführt von hochkarätigen Gästen wie Harald Lesch. Den Abschluss der Veranstaltungswoche bildet ein besonderer Abendvortrag, in dem der Communicator-Preisträger Professor Metin Tolan der Frage nachgeht, ob Szenen aus James-Bond-Filmen überhaupt physikalisch möglich sind.
Veranstaltet werden die „Highlights der Physik“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Universität Regensburg. Die „Highlights der Physik“ wurden 2001 vom BMBF und der DPG ins Leben gerufen. In den vergangenen Jahren lockten sie bis zu 60.000 Besucher*innen an.
Zu allen Angeboten ist der Eintritt frei. Für die große „Highlights-Show“ in der Donau-Arena, „James Bond im Visier der Musik“ im Audimax der Universität Regensburg und für alle Vorträge sind kostenlose Einlasskarten erforderlich. Die Tickets sind unter highlights-physik.de/tickets erhältlich.
Viele Inhalte der „Highlights der Physik“ werden zusätzlich zum Besuch vor Ort auch online im Live-Stream und im Anschluss „on-demand“ zu sehen sein. (KG/BP)
Einem internationalen Forschungsteam ist es gelungen, an den Beschleunigeranlagen des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt neue Erkenntnisse über die chemischen Eigenschaften des superschweren Elements Flerovium – Element 114 – zu gewinnen. Die Messungen zeigen, dass es sich bei Flerovium um das flüchtigste Metall im Periodensystem handelt. Flerovium ist damit das schwerste Element des Periodensystems, das chemisch untersucht ist. Mit den Ergebnissen, die im Fachmagazin „Frontiers in Chemistry“ veröffentlicht sind, bestätigt GSI seine Führungsposition bei der Untersuchung der Chemie der superschweren Elemente und öffnet neue Perspektiven für die internationale Anlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), die sich aktuell im Bau befindet.
Unter Federführung von Gruppen aus Darmstadt und Mainz wurden mithilfe der Beschleunigeranlagen von GSI/FAIR die beiden langlebigsten aktuell bekannten Flerovium-Isotope Flerovium-288 und Flerovium-289 erzeugt und am Experimentaufbau TASCA chemisch untersucht. Im Periodensystem steht Flerovium unterhalb des Schwermetalls Blei. Frühe Vorhersagen hatten aber postuliert, dass relativistische Effekte der hohen Ladung im Kern des superschweren Elements auf dessen Valenzelektronen zu einem edelgasähnlichen Verhalten führen, während neuere eher ein schwach metallisches Verhalten erwarten ließen. Zwei zuvor durchgeführte Chemieexperimente, eines davon 2009 bei GSI in Darmstadt, führten zu widersprüchlichen Interpretationen. Während aus den im ersten Experiment beobachteten drei Atomen auf ein edelgasähnliches Verhalten geschlossen wurde, deuteten die bei GSI gewonnenen Daten anhand von zwei Atomen auf metallischen Charakter. Die beiden Experimente waren nicht in der Lage, den Charakter zweifelsfrei festzulegen. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass Flerovium wie erwartet reaktionsträge, aber bei geeigneten Bedingungen in der Lage ist, stärkere chemische Bindungen als Edelgase zu bilden. Flerovium ist folglich das flüchtigste Metall im Periodensystem.
Flerovium ist somit das schwerste chemische Element, dessen Charakter experimentell untersucht ist. Mit der Bestimmung der chemischen Eigenschaften bestätigen GSI/FAIR ihre führende Position in der Erforschung der superschweren Elemente. „Die Erforschung der Grenzen des Periodensystems stellen seit Beginn bei GSI und künftig auch bei FAIR einen Pfeiler des Forschungsprogramms dar. Dass anhand einiger weniger Atome bereits erste grundlegende chemische Eigenschaften erforscht werden können und damit einen Hinweis geben, wie sich größere Mengen dieser Substanzen verhalten würden, ist faszinierend und der leistungsfähigen Beschleunigeranlage sowie der Expertise der weltweiten Kollaboration zu verdanken“, führt Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, aus. „Mit FAIR holen wir das Universum ins Labor und untersuchen die Grenzen der Materie, auch der chemischen Elemente.“
Die bei GSI/FAIR durchgeführten Experimente zur Klärung des chemischen Charakters von Flerovium dauerten insgesamt sechs Wochen. Dazu wurden jede Sekunde vier Billionen Calcium-48-Ionen vom GSI-Linearbeschleuniger UNILAC auf zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und auf ein Target mit Plutonium-244 geschossen, was zur Bildung von einigen wenigen Flerovium-Atomen pro Tag führte.
Die gebildeten Flerovium-Atome schossen aus dem Target in den gasgefüllten Rückstoß-Separator TASCA. In dessen Magnetfeld wurden die gebildeten Isotope Flerovium-288 und Flerovium-289, welche Lebensdauern im Bereich einer Sekunde aufweisen, vom intensiven Calcium-Ionenstrahl und von Nebenprodukten der Kernreaktion abgetrennt, durch eine dünne Folie in die Chemieapparatur gelenkt und in einer Helium/Argon-Gasmischung abgestoppt. Die Gasmischung transportierte die Atome in die Gaschromatographieapparatur COMPACT, in welcher sie zuerst mit Quarzoberflächen in Kontakt kamen. Sofern die Bindung an Quarz zu schwach war, wurden die Atome über Goldoberflächen weitertransportiert – erst solche, die auf Raumtemperatur gehalten waren, und danach über immer kältere bis etwa -160 °C. Die Oberflächen waren als dünne Beschichtung auf speziellen Kernstrahlungsdetektoren aufgebracht. Der Nachweis der einzelnen Atome erfolgte über die ortsaufgelöste Detektion des radioaktiven Zerfalls. Da die Zerfallsprodukte selbst nach kurzer Lebensdauer radioaktiv zerfallen, hinterlässt jedes Atom eine charakteristische Signatur von mehreren Ereignissen, aus welcher zweifelsfrei auf das Vorhandensein eines Flerovium-Atoms geschlossen werden kann.
„Dank der Kombination des TASCA-Separators, der chemischen Separation und der Detektion der radioaktiven Zerfälle sowie der technischen Weiterentwicklung der Gaschromatographieapparatur seit dem ersten Experiment ist es gelungen, die Effizienz zu erhöhen und die für die chemische Trennung notwendige Zeit soweit zu verringern, dass wir jede Woche ein Flerovium-Atom beobachten konnten“, erläutert Dr. Alexander Yakushev von GSI/FAIR, der Sprecher der internationalen Experimentkollaboration.
In der Datenanalyse wurden sechs solche Zerfallsketten gefunden. Da der Aufbau demjenigen aus dem ersten GSI-Experiment ähnelt, konnten die neu gewonnenen Daten mit den zwei damals beobachteten Atomen vereint und gemeinsam analysiert werden. Keine der Zerfallsketten erschien im Bereich des quarzbeschichteten Detektors, was darauf deutet, dass Flerovium keine substantielle Bindung mit Quarz eingeht. Stattdessen wurden alle innerhalb von weniger als einer Zehntelsekunde mit dem Gas in den goldbeschichteten Teil der Apparatur transportiert. Die acht Ereignisse bilden zwei Zonen: eine erste im Bereich der Goldoberfläche bei Raumtemperatur, und eine zweite im späteren Teil des Chromatographen, bei so tiefen Temperaturen, dass eine ganz dünne Eisschicht das Gold bedeckte, so dass die Adsorption auf Eis erfolgte.
Aus Experimenten mit Blei-, Quecksilber- und Radonatomen, welche als Vertreter der Schwermetalle, der schwach reaktiven Metalle sowie der Edelgase dienten, war bekannt, dass Blei mit Quarz eine starke Bindung eingeht, während Quecksilber den Golddetektor erreicht. Radon fliegt bei Raumtemperatur sogar über den ersten Teil des Golddetektors und wird erst bei den tiefsten Temperaturen teilweise festgehalten. Mit diesem Verhalten konnten die Flerovium-Ergebnisse verglichen werden.
Offensichtlich wurden zwei Arten der Wechselwirkung einer Flerovium-Spezies mit der Goldoberfläche beobachtet. Die Abscheidung auf Gold bei Raumtemperatur deutet auf die Ausbildung einer verhältnismäßig starken chemischen Bindung hin, wie sie bei Edelgasen nicht auftritt. Andererseits scheint ein Teil der Atome nie die Gelegenheit zur Bildung solcher Bindungen gehabt zu haben und wurde über lange Strecken der Goldoberfläche transportiert, bis zu den tiefsten Temperaturen. Dieser Detektorbereich stellt eine Falle für alle Elementarten dar. Dieses komplizierte Verhalten ist durch die Morphologie der Goldoberfläche erklärbar: Sie besteht aus kleinen Goldclustern, an deren Grenzen sehr reaktive Stellen auftreten, welche offenbar dem Flerovium eine Bindung ermöglichen. Dass ein Teil der Flerovium-Atome den kalten Bereich erreichen konnte, deutet darauf hin, dass nur die Atome, die auf solche Stellen trafen, eine Bindung eingingen, im Gegensatz zu Quecksilber, das auf jeden Fall auf Gold zurückgehalten wurde. Damit ist die chemische Reaktivität von Flerovium schwächer als diejenige des flüchtigen Metalls Quecksilber. Die aktuellen Daten können nicht vollständig ausschließen, dass die erste Abscheidezone auf Gold bei Raumtemperatur auf die Bildung von Flerovium-Molekülen zurückzuführen ist. Auch aus dieser Hypothese folgt, dass Flerovium chemisch reaktiver ist als ein Edelgaselement.
Das exotische Plutonium-Targetmaterial zur Herstellung des Fleroviums wurde teilweise durch das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), USA, zur Verfügung gestellt. Im Department Chemie am Standort TRIGA der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wurde das Material elektrolytisch auf dünne, bei GSI/FAIR hergestellte Titanfolien abgeschieden. „Es ist weltweit nicht viel von diesem Material verfügbar, und wir haben das Glück, dass wir es für diese Experimente verwenden konnten, die sonst nicht möglich wären“, sagt Dr. Dawn Shaughnessy, Leiterin der Abteilung für Kern- und Chemische Wissenschaften bei LLNL. „Diese internationale Zusammenarbeit bringt Fähigkeiten und Fachwissen aus der ganzen Welt zusammen, um schwierige wissenschaftliche Probleme zu lösen und langjährige Fragen zu beantworten, wie beispielsweise die chemischen Eigenschaften von Flerovium.“
„Unser Beschleunigerexperiment wurde durch eine detaillierte Untersuchung der Detektoroberfläche in Zusammenarbeit mit mehreren GSI-Abteilungen sowie dem Department Chemie und dem Institut für Physik an der JGU ergänzt. Dies hat sich als Schlüssel zum Verständnis des chemischen Charakters von Flerovium erwiesen. Damit sind nun auch die Daten der beiden früheren Experimente verständlich und mit unseren neuen Schlussfolgerungen kompatibel“, sagt Christoph Düllmann, Professor für Kernchemie an der JGU und Leiter der Arbeitsgruppen bei GSI und am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer Kooperation von GSI und JGU.
Wie sich die relativistischen Effekte auf seine Nachbarn, die ebenfalls erst in den letzten Jahren offiziell anerkannten Elemente Nihonium (Element 113) und Moscovium (Element 115) auswirken, ist Gegenstand nachfolgender Experimente. Dabei wurden im Rahmen des FAIR-Phase-0-Programms bei GSI bereits erste Daten gewonnen. Weiterhin erwarten die Forschenden, dass deutlich stabilere Flerovium-Isotope existieren, allerdings sind diese bisher nicht gefunden worden. Die Forschenden wissen nun allerdings schon, dass sie ein metallisches Element zu erwarten haben.
An dem Experiment waren neben GSI/FAIR und JGU auch das HIM, die Universität Liverpool (UK), die Universität Lund (Schweden), die Universität Jyväskyla (Finnland), die Universität Oslo (Norwegen), das Institut für Elektronentechnologie (Polen), das Lawrence Livermore National Lab (USA), das Saha Institute of Nuclear Physics und das Indian Institute of Technology Roorkee (Indien), die Joint Atomic Energy Agency und das Forschungszentrum RIKEN (Japan) sowie die Australische Nationalunversität (Australien) beteiligt. (CP)
Die Erforschung kosmischer Strahlung und ihrer Auswirkungen auf Menschen, Elektronik und Material ist ein entscheidender Beitrag für eine zukunftsträchtige Raumfahrt, damit Astronaut*innen und Satelliten im Weltall den besten Schutz bei der Exploration unseres Sonnensystems erhalten. Sie trägt aber auch zu detaillierten Erkenntnissen über Risiken von Strahlenbelastungen auf der Erde bei. Die Einrichtung der Summer School ist ein direktes Ergebnis der engen Kooperation zwischen ESA und FAIR zur Erforschung kosmischer Strahlung: Seit vielen Jahren betreibt die ESA Weltraumstrahlungsforschung am GSI-Teilchenbeschleuniger in Darmstadt. Die bestehende Beschleunigeranlage von GSI ist die einzige in Europa, mit der alle in unserem Sonnensystem auftretenden Ionenstrahlen – vom Wasserstoff, dem leichtesten, bis zum Uran, dem schwersten – hergestellt werden können. Am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR werden noch höhere Energien für die Simulation kosmischer Strahlung zur Verfügung stehen und bahnbrechende neue Erkenntnisse ermöglichen.
Vor dem Hintergrund dieser zukunftsweisenden Forschungsmöglichkeiten können die Teilnehmenden der Summer School in einer einzigartigen Kombination aus Vortragsveranstaltungen und praktischen Workshops ihr Wissen rund um das Thema Strahlenforschung vertiefen. Die Summer School wird auf dem Gelände des ESA-Satellitenkontrollzentrums ESOC und auf dem GSI- und FAIR-Campus abgehalten. Ziel ist es, Studierende in der grundlegenden Schwerionen-Biophysik für Anwendungen sowohl auf der Erde als auch im Weltraum auszubilden. Die ESA-FAIR Radiation Summer School leistet damit wichtige Beiträge zur Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der biomedizinischen und biophysikalischen Anwendungen von Schwerionen in Europa. Schwerpunktthemen der zweiwöchigen Veranstaltung sind Weltraumforschungsaktivitäten bei der ESA, Physik der Weltraumstrahlung, Biologie der Weltraumstrahlung, angewandte Physik bei GSI/FAIR, Teilchenbeschleuniger und Partikeltherapie.
Das wissenschaftlich hochkarätige Programm, eröffnet von Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh vom ESA-Direktorat für astronautische und robotische Weltraumexploration und Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, beinhaltet unter anderem Vorträge von Expert*innen wie dem ehemaligen Astronauten Thomas Reiter und dem früheren ESA-Generaldirektor Johann-Dietrich Wörner, Besichtigungen von Einrichtungen in Darmstadt und praktische Schulungen und Forschungsmöglichkeiten bei GSI/FAIR. Bei der ESA-FAIR Radiation Summer School werden die Teilnehmenden auch schriftliche Prüfungen ablegen und Teamarbeiten durchführen, die von den Dozenten evaluiert und bewertet werden. (BP)
Mit den zukünftigen Anforderungen für FAIR wird sich die Betriebsweise des SIS18 grundsätzlich vom bisherigen Betrieb zur Belieferung von Experimenten unterscheiden: Um die geplanten höchsten Intensitäten im fünfmal längeren SIS100 zu erzielen, muss das SIS18 innerhalb einer Sekunde viermal den Ionenstrahl beschleunigen und extrahieren. Daraus ergibt sich eine Wiederholrate von 2,7 Hertz. Das ist deutlich größer als die im Experimentbetrieb bisher übliche Rate von maximal 1 Hertz. Der Betrieb mit den für FAIR vorgesehenen schweren Ionen mit niedrigen Ladungszuständen (nur mit ihnen kann man höchste Intensitäten erreichen) erhöht dabei die Anforderungen an die Geräte zusätzlich.
Um den Booster-Betrieb zu ermöglichen, der bisher zur Bedienung des laufenden Experimentierprogrammes bei GSI nicht erforderlich war, wurden in den vergangenen 15 Jahren verschiedene technische Veränderungen im Rahmen eines umfangreichen Upgrade-Programms vorgenommen. Dabei wurde insbesondere die Leistungsfähigkeit der Hauptstromversorgungen und der Hochfrequenz-Beschleunigungssysteme verbessert, um die für den Booster-Betrieb notwendige Verkürzung des Beschleunigungszyklus zu erreichen.
Die Realisierung der hohen Anstiegsrate des Magnetfeldes in den Umlenkmagneten des SIS18 von zehn Tesla pro Sekunde ist sehr anspruchsvoll, weil dafür der Magnetstrom mit einer Rate von 19 000 Ampere pro Sekunde auf einen Maximalstrom von 3500 Ampere gebracht werden muss. Dabei darf der durch das Netzgerät erzeugte Strom vom vorgegebenen Verlauf zu jedem Zeitpunkt nicht mehr als 0,01 Prozent abweichen. Diese Anforderungen lassen sich nur durch spezielle Netzgeräte mit herausragenden Regeleigenschaften erfüllen. Die Hochfrequenzanlagen des SIS18 wiederum wurden um eine Gruppe von breitbandigen MA-Kavitäten erweitert, die zusammen eine Beschleunigungsspannung von 40 Kilovolt im Frequenzbereich von 0,4 bis 1,6 Megahertz zur Verfügung stellen. Erst mit diesen Kavitäten kann die Energie niedrig geladener Schwerionen pro Umlauf ausreichend erhöht werden, um der schnellen Magnetrampe zu folgen.
Nimmt man alle Geräte zusammen, erreicht das SIS18 im Booster-Betrieb Pulsleistungen im Bereich von 50 Megawatt. Die Besonderheit des SIS18 ist dabei, dass es im Unterschied zu anderen sehr schnell gepulsten Synchrotrons nicht als Teil eines Schwingkreises aufgebaut ist und dadurch mit einer festen Wiederholfrequenz immer gleiche Pulse liefert. Vielmehr bietet es die Flexibilität, die Einstellungen aller Geräte zur Bedienung der verschiedenen Experimente von Zyklus zu Zyklus zu ändern.
Neben den technischen Anforderungen an die Geräte des SIS18 bringt der Booster-Betrieb aufgrund seiner hohen Wiederholrate auch neue Herausforderungen für die Systeme zur zeitlichen Ablaufsteuerung mit sich. So muss sichergestellt werden, dass die vier Injektionen aus dem Linearbeschleuniger UNILAC genau dann erfolgen, wenn das SIS18 für die Injektion bereit ist, ohne wie im Normalbetrieb an dieser Stelle warten zu müssen. Um den Booster-Betrieb zu demonstrieren, wurden die Steuerungssysteme daher so angepasst, dass die Injektionen mit einem bekannten Verfahren durchgeführt werden konnten, welches bisher bei der sogenannten „Multi-Multiturn-Injektion“ zum Einsatz kam. Mit diesem Zwischenschritt konnte erstmalig ein U28+-Strahl mit einer Wiederholrate von 2,3 Hertz beschleunigt und extrahiert werden.
Nach dieser ersten erfolgreichen Booster-Demonstration sind im nächsten Schritt für die routinemäßige Realisierung des Booster-Betriebes noch weitere umfangreiche Entwicklungen im Kontrollsystem für FAIR erforderlich. Insbesondere muss das Timing-System für den UNILAC erneuert werden, um den unabhängigen Parallelbetrieb des UNILAC mit denjenigen Randbedingungen zu vereinen, die sich durch die Synchronisierung mit dem SIS18 im Booster-Betrieb ergeben. (BP)
]]>Auf einer Tour über den GSI/FAIR-Campus nahmen die Gäste im Anschluss auf der FAIR-Aussichtsplattform den Baufortschritt in Augenschein. Weitere Stationen waren der Teststand für die supraleitenden Magnete des FAIR-Beschleunigers SIS100, der Green IT Cube – das durch Wasserkühlung besonders energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum, das mit dem „Blauen Engel“ ausgezeichnet wurde – sowie das HADES-Experiment. (CP)
]]>Auf einer Tour über das FAIR-Baufeld nahm er im Anschluss den Baufortschritt in Augenschein und besichtigte das Tunnelbauwerk für den SIS100-Beschleuniger, das Gebäude für das Großexperiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM und das sogenannte Kreuzungsbauwerk. Auf dem GSI/FAIR-Campus besuchte er den Green IT Cube – das durch Wasserkühlung besonders energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum, das mit dem „Blauen Engel“ ausgezeichnet wurde – sowie den Experimentierspeicherring ESR und das HADES-Experiment. (CP)
]]>Bei FLASH-Experimenten geht es um sehr kurze und sehr hoch-intensive Strahlenimpulse, bei denen die Behandlungsdosis in Zeitskalen von unter einer Sekunde abgegeben wird. Damit markiert der FLASH-Effekt einen potenziellen Durchbruch in der Strahlentherapie, da eine Bestrahlung mit ultrahoher Dosisrate das therapeutische Fenster erheblich erweitern kann. Tatsächlich zeigen präklinische Daten, dass die in weniger als einer Sekunde verabreichte Dosis den Tumor zerstört, aber das umliegende gesunde Gewebe verschont. Während diese Schonung des Normalgewebes bei hohen Dosen und kurzen Bestrahlungszeiten bereits mit Elektronen, Photonen und Protonen nachgewiesen wurde, beschränkten sich die Nachweise mit schweren Ionen wie Kohlenstoff bisher auf In-vitro-Zellexperimente. Nun konnte die Wirksamkeit der neuen FLASH-Strahlentherapie mit hochenergetischen Kohlenstoffionen, die mit ultrahoher Dosisleistung verabreicht werden, erstmals auch in lebenden Organismen unter Beweis gestellt werden.
Die Wissenschaftler*innen, zu denen neben dem Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professor Marco Durante, und seinem Team auch Forschende der University of Naples Parthenope sowie des Deutschen Krebsforschungszentrums DKFZ und der Universität Heidelberg gehören, stellen in ihrer aktuellen Veröffentlichung diese ersten In-vivo-Ergebnisse vor. Das Forschungsteam um Hauptautor Dr. Walter Tinganelli (GSI) hat gezeigt, dass ein 150-Millisekunden-Impuls mit hochenergetischen Kohlenstoffionen die Toxizität für normales Gewebe im Vergleich zu konventioneller Bestrahlung mit mehr als einer Minute reduziert und den Krebs (ein Osteosarkom der Maus) abtötet. Darüber hinaus stellten die Forscher mit Überraschung fest, dass die FLASH-Bestrahlung die Zahl der vom Primärtumor gebildeten Lungenmetastasen verringert. FLASH mit Kohlenstoffionen ist also nicht nur in der Lage, das gesunde Gewebe in der Umgebung des Tumorziels zu schonen, sondern kann auch eine systemische Wirkung entfalten, die distale Metastasen zerstören kann.
Professor Durante, anerkannter Experte auf dem Gebiet der Teilchentherapie und erst kürzlich zum Präsidenten der internationalen Organisation „Particle Therapy Co-Operative Group (PTCOG)“ gewählt, fasst zusammen: „Wir haben den FLASH-Effekt mit hochenergetischen Kohlenstoff-Ionen zum ersten Mal in vivo nachgewiesen. Die Ergebnisse sind wichtig und sehr nützlich für das Verständnis der FLASH-Mechanismen und für mögliche Anwendungen der Ultrahochdosis-Teilchentherapie im klinischen Bereich. Um diese Laborexperimente in den klinischen Bereich zu übertragen, muss aber noch viel weitere Forschung erfolgen. Ziel ist es dabei immer, die zentrale Frage zu beantworten: Wie soll bestrahlt werden, um die effizientesten, die bestmöglichen Behandlungsmethoden zu bekommen im Kampf gegen den Krebs?“
Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, ist erfreut über die vielversprechenden Ergebnisse, die während der Experimentierzeit FAIR-Phase 0 entstanden sind: „Die moderne Radiobiologie wird einen erheblichen Nutzen von Strahlen mit noch höheren Intensitäten haben, wie wir sie an der im Bau befindliche FAIR-Anlage bieten werden. FLASH ist ein erstes Beispiel dafür. Zudem zeigen die vorliegenden Ergebnisse das große Potenzial der Kohlenstoffionentherapie, für die GSI Pionierarbeit geleistet hat. Auch in den nächsten Jahren wird an diesem hoch relevanten Thema weiter geforscht. Bereits die erste Stufe des FAIR-Experimentierprogramms, die FAIR-Phase 0, bietet dafür herausragende Möglichkeiten.“ (BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in "Radiotherapy and Oncology" (Englisch)
]]>In den weiteren Vorträgen geht es um die Wirkungsweisen und Anwendungsmöglichkeiten von Kernspins sowie um das Experiment miniCBM, das als Vorläufer für das FAIR-Großexperiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie (CBM) bereits an der GSI-Beschleunigeranlage in Betrieb ist. Zum Jahresabschluss im Dezember wird im traditionellen Weihnachtsvortrag über die diesjährigen wissenschaftlichen Experimente während der jüngsten Betriebsphase der GSI/FAIR-Beschleunigeranlage berichtet.
Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Information über Anmeldung, Zugang und Ablauf der Veranstaltung finden Sie auf der Veranstaltungswebseite unter www.gsi.de/wfa
Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In den Vorträgen wird über die Forschung und Entwicklungen an GSI und FAIR berichtet, aber auch über aktuelle Themen aus anderen Wissenschafts- und Technikfeldern. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für fachfremde Personen verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitenden oder von externen Referent*innen aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten. (CP)
Neben Informationen zum Wissenschaftsbetrieb und zum Fortschritt des FAIR-Projekts gehörte eine Besichtigung zum Besuchsprogramm. Zunächst erhielt Marcus Bühl Einblicke über neuentwickelte und fertiggestellte Hightech-Komponenten für die FAIR-Beschleunigeranlage. Anschließend stand die Begehung der FAIR-Baustelle auf dem Programm. Dazu gehörten unter anderem der unterirdische Beschleuniger-Ringtunnel, das zentrale Bauwerk für die Strahlführung und -verteilung (Kreuzungsbauwerk) sowie die Gebäude für den Experimentierplatz CBM und die Experimentierplätze NUSTAR. Auch der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten wurde besichtigt. Dort werden vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft, unter anderem die Dipolmagneten für den Ringbeschleuniger SIS100.
]]>Beim Jubiläum der Wissenschaftsstadt darf GSI/FAIR nicht fehlen: Schließlich steht GSI in Darmstadt seit mehr als 50 Jahren für Spitzenforschung, die weltweit führend und zugleich mit der Region verwurzelt ist und das Profil der Wissenschaftsstadt Darmstadt mitprägt. Und mit FAIR sind die wegweisenden Weichen in die Zukunft gestellt: Das Beschleunigerzentrum FAIR ermöglicht es Wissenschaftler*innen, die Vielfalt des Universums gleichsam ins Labor zu holen, um fundamentale Fragen wie die Entstehung der chemischen Elemente und die Entwicklung des Universums zu untersuchen.
Mit FAIR wird die internationale Dimension noch einmal deutlich erweitert: Von Anfang an hat GSI Forschende aus der ganzen Welt angezogen und nach Darmstadt gebracht. Viele weitere werden für die zukünftige internationale Einrichtung FAIR hierherkommen, um exzellente Wissenschaft auf Weltniveau zu betreiben. Dies ist auch ein Beitrag zur Sichtbarkeit von Darmstadt als Wissenschaftsstadt auf internationaler Ebene.
Ziel der aktuellen Jubiläumsaktion „Auf den Punkt gebracht“ ist es, wissenschaftliche Einrichtungen in Darmstadt sichtbar und erlebbar zu machen. Ein symbolischer „Wissenspunkt“ ist dabei ähnlich einem Staffelstab seit Juni zu einer „Route der Wissensorte“ in Darmstadt unterwegs. An jedem Ort, an dem der „Wissenspunkt“ für einen oder mehrere Tage Halt macht, erwartet die Besucher*innen ein spannendes Programm. Die Aktion wird bis Oktober dauern.
Im Rahmen der Jubiläumsaktion konnten sich Interessierte bereits für einen Rundgang durch die einzigartige Teilchenbeschleunigeranlage bei GSI/FAIR anmelden, der am 25. August stattfindet (bereits ausgebucht). Auch auf Instagram und Facebook gibt es in den Tagen rund um den Besuch des „Wissenspunkts“ Spannendes zu entdecken und Wissenswertes zu erfahren. Interessierte haben Gelegenheit, auf abwechslungsreiche Weise hinter die Kulissen des Wissenschaftsbetriebs zu schauen und überraschende Einblicke in die Wissenschaft bei GSI/FAIR zu erhalten.
Die Tour des „Wissenspunktes“ und das Programm werden auf den Internetseiten der Stadt Darmstadt fortlaufend aktualisiert und erweitert. Dort gibt es eine Übersichtskarte, die zeigt, wo sich Darmstadts Wissensorte befinden. (BP)
Einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung ist es erstmals gelungen, ein isoliertes Vier-Neutronen-System zu erzeugen. Die Forschenden überwanden die experimentelle Herausforderung durch Einsatz einer neuen Methode.
Das Experiment wurde an der Beschleunigeranlage für radioaktive Strahlen (RIBF) am RIKEN-Forschungszentrum in Japan durchgeführt. Beteiligt an der großen internationalen Kollaboration unter Führung der Technischen Universität Darmstadt waren neben GSI auch Wissenschaftler*innen der TU München und des RIKEN Nishina Centers. Das Experiment lieferte ein zweifelfreies Signal für die erste Beobachtung des Tetra-Neutrons. Das Resultat wurde jetzt in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Die Bausteine von Atomkernen sind die Nukleonen, die in zwei Arten vorkommen, den neutralen Neutronen und den positiv geladenen Protonen. Nach bisherigem Wissensstand existieren keine stabilen – oder gebundenen – Kerne, die ausschließlich aus Neutronen aufgebaut sind. Die einzigen bekannten gebundenen Systeme, die fast ausschließlich aus Neutronen bestehen, sind die Neutronensterne in unserem Universum mit einem typischen Radius von etwa zehn Kilometern. Diese Sterne werden durch die Gravitationskraft stabilisiert und weisen eine hohe Neutronendichte im Inneren auf. Atomkerne wiederum sind durch die starke Wechselwirkung gebunden, mit der Präferenz, die gleiche Zahl von Neutronen und Protonen zu binden – so wie man es von leichten, stabilen Kernen kennt, wie sie auf unserer Erde zu finden sind.
Die Erforschung von reinen Neutronensystemen ist aber von großer Bedeutung, da nur so experimentelle Erkenntnisse über die Wechselwirkung mehrerer Neutronen untereinander und damit über die nukleare Wechselwirkung an sich gewonnen werden können. Die Erforschung der bisher hypothetischen Systeme könnte zudem helfen, die Eigenschaften von Neutronen-Sternen besser zu verstehen. Herauszufinden, ob solche Neutronen-Systeme als ungebundene Kernzustände oder gar als gebundene Kerne vorliegen, ist daher ein seit langem bestehendes Bestreben der Kernphysik. Das Forschungsteam hat dazu nun einen neuen Anlauf genommen und eine neue experimentelle Methode eingesetzt, die sich von allen bisherigen Versuchen unterscheidet. Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) über den Sonderforschungsbereich 1245 unterstützt.
“Dieser experimentelle Durchbruch liefert einen Referenzwert für die Theorie zum Verständnis der Wechselwirkungen von reinen Neutronen-Verbünden und damit auch der Eigenschaften neutronenreicher Kerne“, sagt Dr. Meytal Duer vom Institut für Kernphysik (IKP) an der TU Darmstadt. “Die nukleare Wechselwirkung zwischen mehr als zwei Neutronen konnte bisher nicht experimentell geprüft werden, während theoretische Vorhersagen zu sehr verschiedenen Ergebnissen führen. Wir planen nun ein Experiment der nächsten Generation an der R3B-Anlage bei FAIR, mit dem die direkte Messung der Korrelationen zwischen den vier Neutronen mit dem R3B-NeuLAND-Detektor möglich sein wird. Dies wird neue Erkenntnisse über die Natur dieses Vier-Neutronen Systems liefern.”
Die experimentelle Untersuchung von reinen Neutronen-Systemen stellt eine große Herausforderung dar. Denn es gibt keine Möglichkeit, ein Neutronen-Target herzustellen, also die Materie, die dem Teilchenstrahl ausgesetzt wird. Daher muss ein Multi-Neutronen-System, in dem die Neutronen untereinander über die kurzreichweitige Kernkraft (wenige Femtometer, 10-15 Meter) in Wechselwirkung treten können, in einer Aufprallreaktion von Atomkernen erzeugt werden. Die große Gefahr, dass die Wechselwirkung der Neutronen mit anderen an der Reaktion beteiligten Teilchen das eigentliche Signal verändert oder unsichtbar macht, wurde im Experiment durch den Einsatz eines hochenergetischen 8He-Strahls gelöst. Der 8He-Kern besteht aus einem kompakten Alpha-Teilchen (4He), das von den vier weiteren Neutronen in einer Wolke geringerer Dichte umgeben wird. Das Alpha-Teilchen wird nun in einer hochenergetischen Reaktion mit einem Proton in einem Flüssigwasserstoff-Target aus dem 8He-Kern herausgeschossen: Die verbleibenden vier Neutronen sind plötzlich frei und können einen Vier-Neutronen-Zustand bilden.
“Schlüssel zur erfolgreichen Entdeckung des Tetra-Neutrons waren die gewählte Reaktion und die gewählte Kinematik mit hohem Impulsübertrag, die die Neutronen von den geladenen Teilchen im Impulsraum unverzüglich separiert“, sagt Professor Dr. Thomas Aumann, Leiter der Forschungsabteilung Kernreaktionen bei GSI/FAIR und Professor am IKP der TU Darmstadt. „Dies hat eine fast untergrundfreie Messung ermöglicht. Wir planen nun dieselbe Reaktion, aber mit einem 6He-Strahl an der RBIF, um die Neutron-Neutron-Wechselwirkung bei kleinen Energien präzise zu messen. Ein dafür geeigneter Neutronen-Detektor wird im Moment an unserer Universität gebaut.” (TUDa/CP)
Bei GSI wurde eine bahnbrechende neue Krebstherapie entwickelt. Grundlage hierfür waren langjährige Forschungsarbeiten und die große Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen am GSI. Von 1997 bis 2008 wurden bei GSI über 440 Erkrankte mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich erfolgreich mit Ionenstrahlen behandelt. Der Vorteil der neuen Therapie liegt darin, dass der Ionenstrahl seine größte Wirkung im Tumor erzielt und das umliegende gesunde Gewebe schont. Weitere Forschung hat zum Ziel, die neue Behandlungsmethode auch bei anderen Tumorerkrankungen einzusetzen. Unter technischer Leitung von GSI wurde am Universitätsklinikum in Heidelberg ein Ionenstrahl-Therapiezentrum errichtet. Seit der Eröffnung im November 2009 können nun Erkrankte im klinischen Routinebetrieb behandelt werden.
Der Verein zur Förderung der Tumortherapie ist mit GSI/FAIR eng verbunden und unterstützt durch ideelle und finanzielle Förderung Aktivitäten zur Forschung auf dem Gebiet der Tumortherapie mit schweren Ionen. Wesentliches Ziel ist es, die Behandlung von Tumoren weiter zu verbessern und die entsprechenden Weiterentwicklungen im Rahmen der Schmelzer-Preisverleihung auszuzeichnen. Der Förderverein verfolgt ausschließlich und unmittelbar gemeinnützige Zwecke.
Die „Tour der Hoffnung“ ist eine der größten, privat organisierten Benefiz-Radtouren, die in den vergangenen 38 Jahren mehr als 42 Millionen Euro zusammengetragen hat, teilen die Organisatoren mit und betonen: „Alle Spenden kommen bis auf den letzten Cent den Betroffenen zugute, während die Organisationskosten von Sponsoren getragen werden. Diese klare Trennung hat bundesweit enorm viel Anklang gefunden. Dies ist ein wichtiger Grund, weshalb sich jedes Jahr viel Prominenz aus Wirtschaft, Politik, Showbusiness und Sport in den Dienst der guten Sache stellt.“
In diesem Jahr treten rund 160 Teilnehmende, darunter auch namhafte Sportler*innen, in die Pedale, um Spenden zu sammeln für krebskranke Kinder. Die 254 Kilometer lange Benefiz-Radtour beginnt am 11. August traditionell mit einem Prolog in und um Gießen und endet am 13. August in Fulda. Schirmherrin der Tour ist auch in diesem Jahr Petra Behle, Olympiasiegerin und neunfache Weltmeisterin im Biathlon. Der Kapitän des Fahrerfeldes ist der aus Gevelsberg stammende mehrfache Querfeldein-Weltmeister Klaus Peter Thaler. (BP)
Ionenstrahlen im Kampf gegen Krebs bei GSI/FAIR
]]>Strahlentherapie ist ein bewährter Ansatz, um Tumore zu zerstören. Sie könnte aber künftig noch mehr – nämlich gleichzeitig das Immunsystem stimulieren und so den Krebs noch intensiver bekämpfen. Forschende unter Leitung der TU Darmstadt und Beteiligung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung fanden heraus, dass Röntgenstrahlung eine Calcium-Signalkaskade in Zellen des Immunsystems auslöst. Die Ergebnisse wurden jetzt im „Journal of General Physiology“ veröffentlicht.
Ionisierende Strahlung wird erfolgreich in der Krebstherapie zum Abtöten von Tumorzellen eingesetzt und ist ein wichtiges Forschungsthema in der GSI-Abteilung Biophysik. In den vergangenen zwei Jahrzehnten hat sich gezeigt, dass der Therapieerfolg noch gesteigert werden kann, wenn die Strahlenbehandlung mit Maßnahmen verbunden wird, die das Immunsystem stimulieren. In diesem Zusammenhang erregt gerade eine neue Studie von Forschenden der TU Darmstadt, des GSI Helmholtzzentrums, sowie aus den Kliniken der Universitäten Frankfurt und Homburg Aufmerksamkeit.
Die Forscherinnen und Forscher berichten im Journal of General Physiology, dass der angestrebte stimulierende Effekt auf das Immunsystem schon direkt ausgelöst wird, wenn T-Zellen von Röntgenstrahlen mitbestrahlt werden. Dominque Tandl, Forscherin am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt, und ihre Mitautoren, zu denen auch Claudia Fournier und Burkhard Jakob von GSI gehören, zeigen in der nun veröffentlichten Studie, dass klinisch relevante Dosen an Röntgenstrahlung in T-Lymphozyten eine immunreaktionstypische Signalkaskade auslösen, die mit einer Ausschüttung des Botenstoffs Calcium (Ca2+) aus internen Speichern beginnt.
Vermittelt durch den sogenannten store operated Ca2+ entry (SOCE) Weg beginnt die Konzentration von Ca2+ in den Zellen mit einer kritischen Frequenz zu oszillieren, was wiederum zur Verlagerung (Translokation) eines Transkriptionsfaktors aus dem Cytoplasma in den Zellkern führt. Dort angekommen, leitet dieser Transkriptionsfaktor eine Genexpression ein, und die Zelle beginnt mit der Herstellung von Molekülen, die für die Immunreaktion wichtig sind, wie etwa Zytokine.
Da bei der Bestrahlung von Tumoren unweigerlich immer auch die Blutzellen im Zielgewebe getroffen werden, könnte sich die Medizin die stimulierende Wirkung von Röntgenstrahlung auf T-Lymphozyten nutzbar machen. Die Forscherinnen und Forscher hoffen, dass ihre Studien dazu beitragen, langfristig die Krebstherapie zu verbessern, wie Professor Gerhard Thiel sagt, der Leiter des Arbeitsgebiets Membranbiophysik am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt und Mitautor der Studie. „Es könnte gelingen, die abtötende Wirkung von ionisierender Strahlung auf Tumorzellen zu verstärken und gleichzeitig mithilfe dieser Strahlung das Immunsystem anzuregen.“ (TUDa/BP)
Pressemitteilung der TU Darmstadt
Wissenschaftliche Veröffentlichung im "Journal of General Physiology“
]]>Die ausgefeilte und kreative Filmtechnik überzeugte die Jury: Das Zeitraffer-Video, das GSI/FAIR produziert, um die Entwicklungen auf der Baustelle der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) zu zeigen, wurde als herausragender Beitrag in der Kategorie „Public Relations/Research and Science“ bewertet. Die Jury des “WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards” verlieh hierfür den "Intermedia Globe SILVER Award".
Die Fortschritte auf einer der größten Baustellen für die Grundlagenforschung weltweit werden mit der besonderen GPS-Film- und Verarbeitungstechnik des „Longterm Dronelapse“ besonders gut sichtbar. Lars Möller von der interdisziplinären Medienproduktion „Zeitrausch“ aus Breuberg fliegt mit einer Drohne regelmäßig die gleichen Routen über die FAIR-Baustelle. Die dabei gefilmten bewegten Zeitraffervideos werden dann in einem einzigen Video kombiniert. Zeitraffervideos, die über nun bereits vier Jahre aufgenommen wurden, sind in dem von World Media Festival ausgezeichneten Video dank GPS-Unterstützung überlagert, sodass die Entwicklungen der Bauaktivitäten auf beeindruckende Weise erlebbar werden. Bereits der letztjährige Longterm Dronelapse, der die Entwicklung von 2018 bis 2020 zeigt, wurde beim World Media Festival ausgezeichnet.
Seit 22 Jahren zeichnen WorldMediaFestivals herausragende Leistungen in den Bereichen Fernsehen, Corporate Film, Online und Print auf internationaler Ebene. Die Awards sind, laut intermedia, international als Symbol für höchste Produktionsstandards anerkannt und eine der weltweit höchsten Auszeichnungen im visuellen Wettbewerb. Die Jury entscheidet basierend auf Kreativität und Effektivität. (LW)
Sigurd Hofmann wurde am 15. Februar 1944 in Böhmisch-Kamnitz, Böhmen geboren und kam kurz nach Kriegsende nach Groß-Umstadt. Er ging in dort zur Schule und besuchte bis 1963 das dortige Max-Planck-Gymnasium. Anschließend begann er das Physik-Studium an der damaligen TH Darmstadt (heute TU Darmstadt), wo er 1969 das Diplom erlangte und 1974 bei Egbert Kankeleit promoviert wurde. Seine danach bei der GSI in Darmstadt beginnende wissenschaftliche Arbeit füllte ihn fast 50 Jahre lang aus. Zuletzt arbeitete er an einem Buch zum aktuellen Stand der weltweiten Schwere-Elemente-Forschung und an der Veröffentlichung einer Methode zur Energiekalibrierung von Halbleiter-Detektoren, die er bereits in den 90’er Jahren entwickelt hatte – Genauigkeit und wissenschaftliche Exaktheit waren ihm stets wichtig. Doch zunächst widmete er sich, nachdem er 1974 zur GSI gekommen war, in der Gruppe von Peter Armbruster und zusammen mit Gottfried Münzenberg der Untersuchung von Fusionsreaktionen und radioaktiven Zerfällen. Internationale Bekanntheit erreichte Sigurd Hofmann durch die 1981 entdeckte Protonen-Radioaktivität aus dem Grundzustand von Lutetium-151, ein bis dahin unbekannter Zerfallsmechanismus. Bei der Datenanalyse kam ihm seine ausgeprägte Gründlichkeit und wissenschaftliche Neugier zugute.
Gleichzeitig hatte Sigurd Hofmann mit Arbeiten zur Synthese, zum eindeutigen Nachweis und zur Erforschung der Eigenschaften der schwersten chemischen Elemente begonnen, die sein weiteres wissenschaftliches Leben prägen sollten. Erste Höhepunkte waren die Synthese der neuen Elemente Bohrium (Bh, Z=107), Hassium (Hs, Z=108) und Meitnerium (Mt, Z=109) in den Jahren 1981 bis 1984, mit denen die GSI erstmalig – und gleichzeitig sehr prominent – das internationale Territorium dieses Forschungsgebiet betrat. Entscheidend hierbei waren die Halbleiter-Detektoren, die Sigurd Hofmann eigens dafür entwickelt hatte. Seiner Zeit damit weit voraus, werden solche Detektoren heute weltweit zur Suche nach neuen chemischen Elementen eingesetzt. Ende der 90’er Jahre übernahm Sigurd Hofmann die Leitung der Schwere-Elemente-Gruppe und – nach instrumentellen Verbesserungen am GSI-Linearbeschleuniger UNILAC, dem Geschwindigkeitsfilter SHIP, weiteren Detektoren sowie der Nachweiselektronik – krönte er seine wissenschaftlichen Erfolge mit der Entdeckung der chemischen Elemente Darmstadtium (Ds, Z=110), Roentgenium (Rg, Z=111) und Copernicium (Cn, Z=112) in den Jahren 1994 bis 1996. Das Konzept „SHIP-2000“, ein unter seiner Federführung entstandenes Strategiepapier aus dem Jahr 1999 zur langfristigen Schwere-Elemente-Forschung bei GSI, ist heute noch aktuell. Im Jahr 2009 wurde er zum Helmholtz-Professor ernannt und konnte sich fortan wieder ganz der wissenschaftlichen Arbeit widmen. Über viele Jahre pflegte er eine sehr intensive Zusammenarbeit und wissenschaftlichen Austausch mit den internationalen Kollegen in Dubna, wo er in einem gemeinsamen Experiment Mitentdecker von Element Flerovium (Fl, Z=114) war.
Für seine herausragenden Forschungsarbeiten und Erkenntnisse erhielt er eine große Anzahl von renommierten Auszeichnungen und Preisen, von denen hier nur die wichtigsten genannt werden können. So war er seit 1996 Ehrendoktor der Fakultät für Mathematik und Physik der Comenius-Universität in Bratislava (Slowakei), seit 1998 Honorarprofessor der Goethe-Universität in Frankfurt am Main, seit 2001 Dr. h. c. des Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna und seit 2004 Professor Laureatus der Josef-Buchmann-Stiftung der Goethe-Universität in Frankfurt am Main. Er erhielt 1984 den Physikpreis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (zusammen mit Gottfried Münzenberg, Willibrord Reisdorf und Karl-Heinz Schmidt), 1996 den Otto-Hahn-Preis der Stadt Frankfurt am Main (zusammen mit Gottfried Münzenberg), 1997 den G.N. Flerov Preis des Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna und 1998 die SUN-AMCO Medaille der International Union of Pure and Applied Physics; im Jahr 2011 erhielt er die Nikolaus-Kopernikus-Medaille der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau (Polen) und 2011 die Medaille der Stadt Toruń und Nikolaus-Kopernikus-Universität Toruń (Polen).
Sigurd Hofmann war ein fleißiger Schreiber und Redner. Er war eingeladen als Sprecher bei unzähligen internationalen Konferenzen, verfasste eine große Anzahl von Übersichtsartikeln, Büchern und Buchkapiteln, von vielen vielzitierten Veröffentlichungen. Ebenso hielt er gerne populärwissenschaftliche Vorträge bei öffentlichen Anlässen, u.a. als „Bekennender Heiner“ in der Darmstädter Ziegelhütte. Dabei konnte er ein mitreißendes Bild der modernen Physik, aber auch der großen Fragestellungen der Kosmologie und der Elementsynthese in Sternen entwickeln, ebenso konnte er sehr anschaulich vermitteln wie man Atome „sichtbar“ machen kann. Viele Kapitel seines zeitgenössischen wissenschaftlichen Lebens sind in seinem 2002 erschienenen Buch „On Beyond Uranium“ festgehalten.
Bemerkenswert waren seine Bescheidenheit und sein freundliches Wesen. Man konnte sich stets auf ihn verlassen. Seine Sorgfalt, Genauigkeit und Umsicht bei allen Arbeiten waren herausragend. Seine Beharrlichkeit war eine der Grundlagen für die bahnbrechenden wissenschaftlichen Erfolge, die er für GSI erzielte. Stets war er im Büro oder am Experiment anzutreffen, auch spät am Abend und an Wochenenden, so dass man ihn jederzeit fragen und immer ausführliche Antworten und kompetenten Rat erhalten konnte. Es gab in der Kernphysik und bei GSI quasi nichts, was er nicht wusste.
Wir freuen uns, dass wir über so lange Jahre mit einem exzellenten Wissenschaftler und Kollegen sowie einem hervorragenden Lehrer und großartigen Menschen zusammenarbeiten durften. Nun trauern wir um Sigurd Hofmann. Seiner Familie gilt unser tiefes Mitgefühl. Wir werden ihn in bester Erinnerung behalten. (JL)
Begrüßt wurden die Gäste von Jutta Leroudier aus der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und Thomas Neff aus der Abteilung Theorie, der vor über 30 Jahren ebenfalls Teilnehmer der Chemie-Olympiade war. Nach einer einführenden Präsentation über die bisherigen Forschungserfolge, aktuellen Experimente sowie den Stand des FAIR-Projektes stand ein Rundgang zur Baustellenplattform und zu verschiedenen Forschungseinrichtungen auf dem Programm. „Es ist eine einmalige Gelegenheit für die chemiebegeisterten Jugendlichen, die Großexperimente und Teilchenbeschleuniger von GSI/FAIR, vor Ort zu erleben, einen Eindruck von der Dimension der Experimente zu erhalten und den Entdeckungsort von sechs chemischen Elementen zu erleben“, freute sich Marco Dörsam, der Organisator der Exkursion und Landesbeauftragte des Wettbewerbs.
Nach dem offiziellen Besuchsprogramm wurde es noch einmal spannend für die Jugendlichen. Das Betreuungs-Team um Marco Dörsam hat die Gewinner*innen der einzelnen Wettbewerbskategorien verkündet. Die Schüler*innen absolvierten während der Exkursion eine theoretische Klausur und führten umfassende Experimente in Kleingruppen durch. Bei diesem Auswahlverfahren haben sich insgesamt zehn Jugendliche für das Bundesfinale im September in Leipzig qualifiziert. „Die Exkursion zu GSI/FAIR soll ab jetzt ein fester Programmpunkt in der 3. Auswahlrunde des Chemie-Wettbewerbs werden und wir freuen uns, dass wir mit GSI/FAIR einen so hervorragenden Veranstaltungsort für unsere chemiebegeisterten Jugendlichen anbieten können“, so Marco Dörsam. (JL)
]]>Die symbolische Grundsteinlegung erfolgte am 29. März 2022 mit hochrangigen Gästen aus Politik, Wissenschaft und der Baubranche. An dem feierlichen Akt nahmen unter anderem die Bundesministerin für Bildung und Forschung Bettina Stark-Watzinger, die Hessische Ministerin für Wissenschaft und Kunst Angela Dorn, der Hessische Minister der Finanzen Michael Boddenberg sowie der Oberbürgermeister der Wissenschaftsstadt Darmstadt Jochen Partsch teil.
Inzwischen nimmt der Rohbau weiter Form an. Die Fundamente des MCR sind fertiggestellt, die Bodenplatte ist betoniert und die Arbeiten an der Kellerdecke abgeschlossen. Die Wände im Erdgeschoss, wo sich zukünftig Besprechungsräume und Büros für den Beschleunigerbetrieb befinden werden, sind größtenteils errichtet. Parallel zu den Rohbauarbeiten erfolgte die Beauftragung der Aufzugsanlage. Anstehende Ausschreibungen für Dachabdichtungs- und Metallbauarbeiten sowie zur Technischen Gebäudeausrüstung sind aktuell in Vorbereitung und werden zeitnah vergeben.
Nach der Fertigstellung wird das FAIR-Kontrollzentrum ein entscheidender Knotenpunkt der gesamten Infrastruktur auf dem GSI/FAIR-Campus sein. Von hier aus sollen künftig sämtliche Beschleuniger der GSI/FAIR-Anlagen gesteuert werden. Zusätzliche zu dem MCR entstehen in dem Gebäude rund 200 Büroarbeitsplätze, Besprechungsräume sowie eine Besuchergalerie. Nach seiner Fertigstellung wird das fünfgeschossige, teilunterkellerte Gebäude über eine Brutto-Geschoss-Fläche von insgesamt rund 6000 Quadratmeter verfügen. (JL)
]]>Nach einer einführenden Präsentation über den Stand des FAIR-Projektes, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuelle Experimente besuchten die Gäste die FAIR-Baustelle. Sie besichtigten den unterirdischen SIS100-Beschleunigertunnel und das CBM-Experiment, die beide im Rohbau fertiggestellt sind, sowie das Transfergebäude, das den zentralen Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung bildet. Ein Halt im Rohbaubereich des Super-FRS, der exotische Teilchen sortieren wird, und des künftigen Experimentierplatz NUSTAR rundete das umfassende Bild der künftigen internationalen Forschungseinrichtung ab. (LW)
]]>Durante wurde durch den Lenkungsausschuss der PTCOG zum Präsidenten gewählt, zu dem jedes klinische Partikeltherapiezentrum weltweit Repräsentant*innen entsendet. Die Übergabe der Präsidentschaft fand während der kürzlich stattfindenden PTCOG60-Konferenz in Miami, USA, statt. Erstmals wird mit Durante ein Vertreter aus Deutschland und des Weiteren aus der Forschung zum Präsidenten ernannt, nachdem die Position bisher hauptsächlich von Mediziner*innen oder klinischen Medizinphysiker*innen besetzt wurde. Als Präsident steht er dem Leitungskomitee der PTCOG als Vorsitzender vor.
„Die Ernennung ist eine große Ehre für mich und ich bin sehr dankbar, diese Position für die nächsten drei Jahre bekleiden zu dürfen“, sagte Durante anlässlich der Wahl. „In meiner Amtsperiode möchte ich dafür werben, die Forschung innerhalb der PTCOG mehr in den Fokus zu rücken. Sie ist unerlässlich, um die Partikeltherapie, die als Therapiemethode bereits heute sehr erfolgreich und insbesondere für Patient*innen sehr schonend einzusetzen ist, weiter zu optimieren und noch für zusätzliche Krankheitsbilder verfügbar zu machen.“
Ziel der Partikeltherapie ist es, Tumorzellen zu zerstören und gleichzeitig umliegende gesunde Zellen zu verschonen. Beschleunigte Ionen eignen sich dafür besser als die herkömmlich genutzte Röntgenstrahlung. Sie entfalten ihre schädigende Wirkung am Ende ihrer Flugbahn in einer bestimmten Tiefe. An der großen Beschleunigeranlage von GSI wurde diese bahnbrechende Tumortherapie entwickelt. Mit großem Erfolg wurden dort in der Vergangenheit über 440 Personen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. An der bestehenden Forschungsanlage sowie in Zukunft mit der gerade in Darmstadt im Bau befindlichen Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) arbeiten die Forschenden daran, die Methode durch neue Technologien und Behandlungsabläufe zu verbessern.
Die PTCOG ist eine 1985 gegründete, weltweit agierende gemeinnützige Vereinigung von Forschenden und Anwendenden auf dem Gebiet der Strahlentherapie mit Protonen, leichten Ionen sowie schweren geladenen Teilchen. Ihre Mission ist es, die Wissenschaft, Technologie und die praktische klinische Anwendung der Partikeltherapie zu fördern mit dem Ziel die Behandlungsmethoden für Krebs hin zum bestmöglichen Standard in der Strahlentherapie zu verbessern. Dazu regt PTCOG die Ausbildung auf dem Gebiet an und richtet weitere globale Aktivitäten wie internationale Konferenzen und Treffen aus.
Marco Durante ist Leiter der GSI-Forschungsabteilung Biophysik und Professor am Fachbereich Physik der TU Darmstadt, Institut für die Physik kondensierter Materie. Er studierte Physik und promovierte an der Universität Federico II in Italien. Seine Postdoc-Stellen führten ihn ans NASA Johnson Space Center in Texas und zum National Institute of Radiological Sciences in Japan. Während seiner Studien spezialisierte er sich auf die Therapie mit geladenen Teilchen, auf kosmische Strahlung, Strahlungszytogenetik und Strahlenbiophysik. Für seine Forschung wurde er vielfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Galileo-Galilei-Preis der Europäischen Föderation der Organisationen für Medizinische Physik (EFOMP), den Timoffeeff-Ressovsky-Preis der Russischen Akademie der Wissenschaften (RAS), den Warren-Sinclair-Preis des amerikanischen National Council of Radiation Protection (NCRP), dem IBA-Europhysik-Preis der Europäischen Physik-Gesellschaft (EPS), dem von der European Radiation Research Society (ERRS) vergebenen Bacq & Alexander-Preis der Europäischen Gesellschaft für Strahlenforschung und dem Failla-Preis der Radiation Research Society. Ebenfalls hat er zur Fortführung seiner Forschungsaktivitäten einen ERC Advanced Grant der Europäischen Union erhalten. (CP)
Vom 25. Juli bis 2. September wird der italienische Künstler Luca Spano nach Darmstadt kommen und sich gemeinsam mit Forschenden von GSI und FAIR mit den Grenzen des Sehens und des Sichtbaren auseinandersetzen. Er befasst sich mit der Wahrnehmung der Realität und dem Prozess, wie wir Wissen konstruieren. „Wir produzieren Bilder aus Daten, wir nutzen unseren kulturellen Hintergrund, um uns das Unerreichbare vorzustellen, wir erschaffen unsere Überzeugungen”, sagt Luca Spano. „Jedes Mal, wenn wir Technologien erfinden, die verändern, wie oder was wir sehen können, verändern wir uns selbst und die Welt um uns herum.”
Mit Artist-in-Science-Residence etabliert GSI/FAIR einen interdisziplinären Dialog zwischen Künstler*innen und Physiker*innen, der die Möglichkeit bietet, künstlerischen Fragestellungen nachzugehen und diese im wissenschaftlichen Kontext zu reflektieren. Aus dem künstlerischen Dialog und in experimentellen Workshops mit der Öffentlichkeit und unseren Wissenschaftler*innen werden Bilder erzeugt von dem, was man mit bloßem Auge nicht sehen kann: die Bausteine von Materie und Antimaterie und ihre Wechselwirkungen. (KG/BP)
Am 12. Juni fand auf dem gemeinsamen Campus des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung (GSI) und der internationalen Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) eine Zeremonie zur Unterzeichnung einer Vereinbarung (Memorandum of Understanding) über gemeinsame Forschung im Bereich der Kernphysik statt. Die Vereinbarung wurde zwischen dem japanischen RIKEN Cluster for Pioneering Research (CPR), GSI und FAIR geschlossen.
Chief Scientists Professor Takehiko Saito von RIKEN CPR arbeitet bereits seit längerem mit GSI/FAIR zusammen, und es wurde beschlossen, diese Partnerschaft durch die Einrichtung eines gemeinsamen Labors zu vertiefen. Das gemeinsame Labor wird von Saito und von Professor Christoph Scheidenberger von GSI/FAIR geleitet, um die gemeinsame Forschung zu fördern und den Austausch von Forschenden, einschließlich Studierenden, auszuweiten.
Die Vereinbarung sieht auch die Einrichtung einer neuen Forschungszusammenarbeit zwischen RIKEN und GSI/FAIR vor, die von Forschenden aus drei CPR-Labors durchgeführt werden soll: dem Atomic, Molecular & Optical Physics Laboratory unter der Leitung von Professor Toshiyuki Azuma, dem Meson Science Laboratory unter der Leitung von Professor Masahiko Iwasaki und dem High Energy Nuclear Physics Laboratory unter der Leitung von Takehiko Saito.
Die Vereinbarung wurde sowohl vor Ort bei GSI/FAIR als auch online unterzeichnet. Von Seiten GSI/FAIR zeichneten Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI/FAIR, das Abkommen. Auf Seite des RIKEN wurde die Vereinbarung von Dr. Shigeo Koyasu, dem Direktor des CPR, unterschrieben. Darüber hinaus besuchte Dr. Keitaro Ohno, Staatsminister für Kabinettsangelegenheiten, zuständig für wirtschaftliche Sicherheit und Katastrophenmanagement, GSI und FAIR am selben Tag und war Zeuge der Unterzeichnung, wobei er seine starke Unterstützung für die Kooperationsbeziehung zum Ausdruck brachte.
„Japanische Forschungseinrichtungen im Allgemeinen und RIKEN im Besonderen sind starke und sehr wertvolle Partner für GSI und FAIR. Die Zusammenarbeit mit den hochqualifizierten japanischen Wissenschaftler*innen hat sich für uns als äußerst fruchtbar erwiesen, wie die vielen erfolgreichen Kooperationen und Forschungserfolge in der Vergangenheit und bei den laufenden Experimenten der FAIR-Phase 0 zeigen. Viele gemeinsame Projekte wurden von unseren Forschenden sowohl in Japan als auch hier durchgeführt. Wir hoffen auf eine intensivierte Fortsetzung in der Zukunft, für die die heutige Unterzeichnung des Abkommens den Weg ebnen wird“, sagte Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR.
„Aufbauend auf den bisherigen gemeinsamen Aktivitäten von CPR und GSI hoffen wir, dass die Unterzeichnung dieser Absichtserklärung die Zusammenarbeit weiter voranbringen wird“, fügte Dr. Shigeo Koyasu hinzu. (RIKEN/CP)
In seiner Arbeit, die er unter der Anleitung von Privatdozent Bastian Kubis an der Universität Bonn durchführte, hat Dr. Bai-Long Hoid die dominierenden theoretischen Unsicherheiten bezüglich der Vorhersage für das anomale magnetische Moment des Myons studiert, welche durch Berechnungen der hadronische Vakuumpolarisation und „light-by-light“ Streuung limitiert sind.
Dr. Hoid ist erfolgreich ein sehr schwieriges Problem angegangen und hat damit die theoretischen Werkzeuge wesentlich verbessert, die für präzise Berechnungen der relevanten hadronischen Größen in diesem Niedrigenergiebereich benötigt werden. Seine wissenschaftlichen Publikationen haben große Aufmerksamkeit in der Theorie-Gemeinschaft und darüber hinaus erhalten.
Die PANDA-Kollaboration vergibt Promotionspreise um speziell Beiträge von Studierenden zum PANDA-Projekt auszuzeichnen. Kandidat*innen für den Promotionspreis werden durch die betreuende Person ihrer Arbeit nominiert. Zusätzlich zum direkten Bezug zu PANDA muss die Arbeit mit mindestens „sehr gut“ bewertete sein. Bis zu drei Kandidat*innen kommen in die nähere Auswahl und können ihre Arbeit im PANDA-Kollaborationsmeeting vorstellen. Die Gewinner*innnen werden durch ein dafür gebildetes Gremium der PANDA-Kollaboration ausgewählt. (CP)
Nach einer Begrüßung und einem einführenden Vortrag über GSI/FAIR durch Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, erhielt Ohno im Anschluss einen Einblick in die Forschungsanlagen und die Infrastruktur. Dabei spielten insbesondere bestehende Kooperationen mit japanischen Forschungseinrichtungen sowie aktuell laufende Experimente unter der Leitung japanischer Wissenschaftler*innen eine große Rolle. Der Minister erhielt die Gelegenheit, bei viele der aktuell bei GSI/FAIR arbeitenden japanische Forschenden kennenzulernen.
Im Rechenzentrum Green IT Cube, das aufgrund seiner innovativen Wasserkühlung der Rechnerschränke besonders energieeffizient ist, informierte er sich über Höchstleistungsrechnen, Experimentsimulationen, Datenauswertung und nachhaltiges Computing. Anschließend besuchte er den Experimentaufbau WASA am bestehenden GSI-Fragmentseparator, der anlässlich aktuell laufender Messungen im Rahmen der FAIR-Phase-0-Experimente in den vergangenen Monaten in Kooperation mit japanischen Wissenschaftler*innen aufgebaut und in Betrieb genommen wurde. Im Experimentierspeicherring ESR erfuhr er mehr über die atomphysikalische Forschung unter japanischer Leitung im Rahmen der ILIMA-Kollaboration von FAIR.
Auf einer Busrundfahrt über die Baustelle und einer Begehung des SIS100-Beschleunigertunnels informierte sich Ohno auch über das FAIR-Projekt und den Baufortschritt. In einer gemeinsamen Videokonferenz mit dem Forschungszentrum RIKEN wurde schließlich im Beisein des Ministers eine Zusammenarbeitsvereinbarung (Memorandum of Understanding) zwischen RIKEN, GSI und FAIR unterzeichnet. (CP)
Die Zusammenarbeit hat das Ziel, den Einsatz neuester Technologien für die Patientenbestrahlung mit ultra-hohen FLASH-Dosisraten zu ermöglichen. Das Thema FLASH-Bestrahlung steht aktuell weltweit stark im Fokus und ist auch ein Arbeitsschwerpunkt innerhalb der Abteilung GSI-Biophysik, die von Professor Marco Durante geleitet wird. Das FLASH-Verfahren ist eine neue, vielversprechende Möglichkeit der experimentellen Strahlentherapie. Das englische Wort Flash bedeutet Blitz; in der Strahlenmedizin geht es entsprechend um eine ultrakurze und hoch dosierte Bestrahlung. Bei der traditionellen Strahlentherapie sowie bei der Protonen- und Ionentherapie werden den Erkrankten über einen Zeitraum von einer Minute oder länger die Strahlendosen verabreicht, während FLASH-Bestrahlungen so angewandt werden, dass sie in nur wenigen hundert Millisekunden oder sogar kürzer erfolgen. FLASH könnte in Zukunft potenziell die Nebenwirkungen im gesunden Gewebe reduzieren und damit das therapeutische Fenster vergrößern. Der Vorteil von FLASH-Bestrahlungen wurde in vielen präklinischen Studien signifikant nachgewiesen, insbesondere für Elektronenstrahlung. Allerdings ist der hoffnungsträchtige Effekt aus strahlenbiologischer Sicht noch nicht vollständig verstanden.
Um eine solche FLASH-Bestrahlung durchzuführen – also eine hohe Strahlendosis in sehr kurzer Zeit zu applizieren –, müssen die klinischen Beschleuniger mit der höchsten Intensitätsstufe betrieben werden, damit sie die nötige Dosisleistung bereitstellen können. Doch hierbei gibt es eine entscheidende Herausforderung: Üblicherweise wird bei der Partikeltherapie das Rasterscan-Verfahren eingesetzt, eine Bestrahlungsmethode, bei der die Strahlen in ihrer Intensität präzise moduliert und mit schnellen Magneten exakt über den Tumor geführt werden, eine Technologie, die am GSI Helmholtzzentrum in den Neunzigerjahren entwickelt wurde. Zusätzlich wird dabei die Energie variiert, denn wie weit er ins Gewebe eindringt, hängt von der jeweiligen Energie des Strahls ab. Mit dieser Methode kann das Tumorvolumen maßgeschneidert und millimetergenau behandelt werden. Doch dieses Verfahren ist aus Zeitgründen bei der FLASH-Bestrahlung nicht möglich; eine Multi-Energie-Rasterabtastung würde viel zu lange dauern. Hier setzt die aktuelle Forschung von GSI/FAIR, THM und Varian an.
Die Beteiligten nehmen dabei die FLASH-Therapie mit Protonen in den Fokus. Ziel der Zusammenarbeit ist die Entwicklung und Validierung eines neuen klinischen Workflows. Statt des Raster-Scannings mit seinen etwa 30 bis 60 verschiedenen Energieschritten wird nur ein einziger Energieschritt verwendet. Damit die Bestrahlung trotzdem an das Tumorvolumen angepasst werden kann, wird ein sogenannter patientenindividueller 3D-Reichweitenmodulator („3D-RM“) eingesetzt, um ein vergleichbares Ergebnis – jedoch in viel kürzerer Zeit im Millisekundenbereich – zu erzielen. Dieser relativ kompakte 3D-RM wird mit hochqualitativen 3D-Druckern hergestellt, ist für die jeweilige Tumorform optimiert und besteht aus vielen pyramidenförmigen Grundstrukturen, die alle eine mikroskopisch genau definierte Form haben. Der Reichweitenmodulator wird für jeden Patienten individuell hergestellt und in der Strahlführung vorgeschaltet, bevor die Teilchen auf den Körper treffen. So kann die gewünschte Tumor-angepasste Verteilung der Dosis erfolgen. In den kommenden zwei Jahren werden die Forschungsteams mit VARIAN daran arbeiten, diesen Ablauf wissenschaftlich-technisch zu etablieren und zu optimieren.
Dr. Uli Weber, Technischer Projektleiter aus der GSI-Biophysik, ist sehr glücklich über die neue Kooperation mit Varian. „Was für mich in der Hauptsache zählt, ist die neue Modulatortechnik in die klinische Anwendung zu bringen. Und hier ist Varian der ideale Kooperationspartner, weil sie der Weltmarktführer in der Strahlentherapie sind und FLASH, sobald es sicher eingesetzt werden kann, möglichst früh in klinischen Studien mit ausgewählten Einrichtungen weiter testen wollen.“
Gemeinsam mit der wissenschaftlich-technischen Seite hat auch die GSI-Stabsstelle Technologietransfer, die von Dr. Tobias Engert geleitet wird, die neue Kooperation ausgestaltet. Das Ziel ist es, dass die innovativen Ideen und Technologien, die bei GSI/FAIR entstehen, in die Anwendung überführt werden können. Dafür bündelt die Stelle alle für den Transfer maßgeblichen Kompetenzen und Unterstützungsleistungen. Bei der aktuellen Kooperation von GSI, THM und Varian ist Technologietransfer-Managerin Dr. Alicja Surowiec für diese administrative Projekt-Koordination zuständig, Dr. Uli Weber und Dr. Christoph Schuy für die wissenschaftliche Projekt-Koordination und Durchführung bei GSI.
Seitens der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) ist die Arbeitsgruppe von Prof. Klemens Zink verantwortlich für das Projekt. Bereits in den letzten 5 Jahren hat er gemeinsam mit seinen Doktoranden und mit Dr. Uli Weber von der GSI an der Weiterentwicklung und praktischen Umsetzung der Idee des Reichweitenmodulators gearbeitet und freut sich nunmehr, dass diese Ideen ihren Weg in die klinische Anwendung finden. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang insbesondere die Arbeiten seines Doktoranden Yuri Simeonov, der die Grundlagen für den klinischen Einsatz des Modulators erarbeitet hat und für seine Arbeiten bereits mehrfach ausgezeichnet worden ist.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Dr. Paolo Giubellino, zeigte sich hocherfreut von der neuen Kooperation: „Wir sind sehr stolz, dass wir gemeinsam mit einem weltweit so renommierten Unternehmen wie Varian die Strahlentherapie weiter voranbringen können. Diese internationale Vereinbarung schlägt den Bogen zwischen Forschungsinstitution, Hochschule und Wirtschaft und ermöglicht damit eine äußerst fruchtbare Kooperation mehrerer starker Verbündeter. Die Förderung dieser Technologietransfer-Brücke von der Grundlagenwissenschaft zur Industrie ist eine unserer grundlegenden Aufgaben als Forschungseinrichtung. Hier kommen Expertise in Biophysik und Medizin sowie ingenieurstechnische Spitzenleistung auf vielversprechende Weise zusammen. Neue Anwendungen in der Tumortherapie sind eines der Forschungsgebiete, die von den kürzlich erhöhten Strahlintensitäten der GSI-Beschleuniger und von den unerreichten Strahlintensitäten der im Bau befindlichen FAIR-Anlage besonders profitieren können.“ (BP)
]]>Mit der neu geschlossenen Kooperationsvereinbarung zwischen GSI und der Hochschule Worms eröffnen sich gleich zwei neue Kooperationszweige. Sowohl für die Studienrichtung Wirtschaftsinformatik als auch für den Studiengang Logistikmanagement wurden Möglichkeiten zur Innovation durch eine kooperative Zusammenarbeit ausgemacht.
Das gemeinsame Anliegen der Vertragspartner gilt dem Ausbau dualer Studienmöglichkeiten. Optimistisch schauen alle Beteiligten in die nahe Zukunft, hier Wissenstransfer in den Bereichen der dualen Bachelor Studiengänge der Wirtschaftsinformatik und des Logistikmanagements zu fördern. Bei der Zielgruppe handelt es sich um Personen, die in der Regel noch über geringe berufspraktische Erfahrungen verfügen und Studium und Praxis miteinander verbinden wollen. Es geht aber auch um frische Ideen einer Generation, die mit innovativer Technik bestens vertraut ist und ganz neue Impulse setzen kann.
„Unsere Informatik- und Logistikstudiengänge sind bei jungen Menschen derzeit stark nachgefragt und können durch die Kooperation mit dem GSI Helmholtzzentrum anwendungsnäher ausgestaltet und Theorie und Praxis noch besser verzahnt werden“, freut sich Prof. Dr. Jens Hermsdorf, Präsident der Hochschule Worms.
„Die Vernetzung mit den Hochschulen der Umgebung ist für uns ein wichtiger Faktor, um nachhaltig Nachwuchs im wissenschaftlichen, aber auch im Anwendungsbereich zu gewinnen. Die beiden dualen Studiengänge gemeinsam mit der Hochschule Worms sind dabei ein neuer Baustein, der unser bestehendes Portfolio erweitert und den jungen Menschen weitere Ausbildungsmöglichkeiten eröffnet“, sagt Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR.
Beide Vertragspartner streben eine vertrauensvolle Zusammenarbeit an und freuen sich über diese vielversprechenden Möglichkeiten. „Ich finde das GSI Helmholtzzentrum als Partner besonders interessant, da dort Grundlagenforschung betrieben wird, und freue mich, wenn wir die künftigen Wirtschaftsinformatikerinnen und -informatiker ausbilden dürfen, die später einmal diese wichtige Grundlagenforschung von der IT und Prozessseite unterstützen werden“, ergänzt Professorin Marie-Luise Sessler aus dem Fachbereich Informatik.
„Die Sicherung der Nachwuchsgewinnung und der Entwicklung von Fachkräften insbesondere im IT-Bereich sowie in der Logistik ist uns ein großes Anliegen – die positiven Erfahrungen mit dual Studierenden und der enge Arbeitsmarkt bei den Absolvent*innen dieser beiden Studienrichtungen sind Motivation für diese Kooperation in der Region Rhein-Hessen“, erläutert Dorothee Sommer, Leiterin der GSI-Personalabteilung. „Für die Steuerung unseres Großprojekts FAIR sind die Kompetenzen beider Fachgebiete ein Schlüssel für Erfolg“.
Bei der Anbahnung zur Kooperation gelten ein besonderer Dank der GSI-Personalabteilung für die hervorragende Organisation und dem Koordinator für duale Studiengänge an der Hochschule Worms, Seyit Tokmak.
Über GSI/FAIR: Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit einzigartige Beschleunigeranlage für Ionen. Einige der bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung sechs neuer chemischer Elemente sowie die Entwicklung einer neuen Krebstherapie. Zurzeit entsteht bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt werden die Anlage für Experimente nutzen, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. (Hochschule Worms/CP)
Gemeinsam mit Prof. Dr. Giubellino und Dr. Peter führte Dr. Harald Hagelskamp, Leiter der FAIR-Baustelle, Herrn Larem, seit 2021 direkt gewählter Abgeordneter für den Wahlkreis Darmstadt, und seine Wissenschaftliche Mitarbeiterin, Annika Zecher, über das Gelände der FAIR-Baustelle. Mit dem Bus erhielten sie einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und südlichen Baubereich.
Bei der Begehung des unterirdischen SIS100-Beschleunigertunnels und des CBM-Experiments, die beide im Rohbau fertig gestellt sind, sowie des Transfergebäudes, das den zentralen Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung bildet, konnten die Gäste einen unmittelbaren Eindruck bezüglich der zukünftigen Forschung auf unserem Campus gewinnen. (BP)
]]>Die Begrüßung und Eröffnung des Summits übernahmen Professor Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR und Alexander Rabe vom Eco-Verband der Internetwirtschaft. Zahlreiche Betreiber, Planende und Kunden von Rechenzentren und Serverräumen kamen bei der Veranstaltung zusammen, um sich über zukunftsweisende Themen auszutauschen und sich mit wichtigen Playern der Branche zu vernetzen. Der Internetwirtschaft wurden dabei verschiedene Strategie- und Technologie-Sessions angeboten.
Der GSI/FAIR-Forschungscampus in Darmstadt ist ein idealer Ort für eine Veranstaltung zum Thema Rechenzentren: Das Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) ist eines der leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt und wird enorme Rechnerkapazitäten für Experimente an den Beschleunigeranlagen von GSI und zukünftig von FAIR bereitstellen. Am Green IT Cube ist außerdem das GSI/FAIR Digital Open Lab etabliert worden. In diesem Reallabor (Test-Rechenzentrum) können Rechner- und Speichersysteme mit den jeweiligen anwendungsspezifischen Anforderungen an Leistungsfähigkeiten, zeitliche Lastverteilungen und ähnlichem und in verschiedenen Betriebsmodi und Systemkonfigurationen optimal auf ein effizientes Kühlsystem abgestimmt werden.
Das Digital Open Lab steht für Partner aus der Industrie und Forschung zur Verfügung. Zum Angebot an private und öffentliche Partner gehört beispielsweise die Bereitstellung der Infrastruktur und der IT-Kompetenzen von GSI und FAIR für gemeinsame Entwicklungsprojekte rund um das Thema HPC, Big Data und ultraschnelle Datenerfassung, unter anderem auch Software-Entwicklungen und -Produkte. Auch der Zugang zu HPC-Systemen und -Projekten für externe Partner über Kollaborations-Projekte ist möglich, ebenso ein Angebot von Leistungen im Rechenzentrum, etwa die Bereitstellung von Rackspace. Das beim Hessischen Zentrum für Künstliche Intelligenz hessian.AI derzeit im Aufbau befindliche KI-Innovationslabor beispielsweise wird mit seiner KI-Recheninfrastruktur am Green IT Cube angesiedelt werden. Dies hatte das Hessische Ministerium für Digitale Strategie und Entwicklung vor kurzem angekündigt.
Beim Data Center Expert Summit 2022 berichtete Dr. Helmut Kreiser, Leiter des Green IT Cube, über die Besonderheiten des Green IT Cube und das Digital Open Lab. Er erläuterte unter anderem, wie energieeffizient das Rechenzentrum ist und welche Aufgabe es auf dem GSI/FAIR-Campus übernimmt. Der Green IT Cube setzt Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und ressourcenschonend. Er kühlt seine Rechner mit einem innovativen Luft-Wasser-Verfahren. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung, anstatt 30 bis zu 100 Prozent, wie es in herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung der Fall ist. Das leistungsstarke Konzept konnte schon mehrfach Preise für Innovation und Umweltfreundlichkeit gewinnen, unter anderem wurde es mit dem Umweltzeichen der Bundesregierung, dem Blauen Engel, ausgezeichnet. (BP)
Professor Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Wir freuen uns, dass diese wichtige Fachkonferenz für Rechenzentren mit ihren hochkarätigen Gästen bei uns stattfindet. Das Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie aus der Grundlagenforschung innovative, breit nutzbare Entwicklungen und neue Spitzentechnologien entstehen. Es ist ein wichtiges Ziel für uns, gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wirtschaft neue Impulse zu setzen für zukunftsträchtige Forschungs- und Entwicklungsprojekte.“
Patrick Burghardt, Digitalstaatssekretär und CIO des Landes Hessen: „Hochleistungsfähige Rechenkapazitäten sind die Grundlage für innovative Projekte und Produkte: ob in der Industrie, in der Landwirtschaft, im Gesundheitsbereich, in der Energieversorgung oder der Mobilität. Rechenzentren sind das Rückgrat der Digitalisierung. Zusammen mit gigabitfähigen Netzen und leistungsstarken Mobilfunknetzen bilden sie die Infrastruktur und das Fundament des digitalen Wandels. Weil wir uns dessen bewusst sind, haben wir den Rechenzentren ein eignes Ziel in der Hessischen Digitalstrategie gewidmet. Wir wollen die leistungsfähigen Recheninfrastrukturen in Hessen stärken und zu einem Vorreiter auf dem Feld energieeffizienter, nachhaltiger Rechenzentren und Green IT entwickeln, so dass das Hessische Datenökosystem seine enormen Anwendungspotenziale nutzbringend entfalten kann. Mit dem hessischen Rechenzentrumsbüro wollen wir im Kontakt mit den Rechenzentrumsbetreibern und den Kommunen dazu beitragen, dass innovative nachhaltige Lösungen den Fortschritt und die Zukunft des Wirtschaftsstandortes Hessen sichern.“
Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung von Forschenden des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt hat zum ersten Mal Daten aus Schwerionenkollisionen, Gravitationswellenmessungen und anderen astronomischen Beobachtungen mit Hilfe modernster theoretischer Modelle kombiniert, um die Eigenschaften der dichten Materie im Inneren von Neutronensternen besser zu verstehen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Überall im Universum werden Neutronensterne in Supernova-Explosionen geboren, die das Ende des Lebens massereicher Sterne markieren. Manchmal sind Neutronensterne in Doppelsternsystemen gebunden und werden schließlich miteinander kollidieren. Diese hochenergetischen, astrophysikalischen Phänomene zeichnen sich durch so extreme Bedingungen aus, dass sie die meisten schweren Elemente wie Silber und Gold erzeugen. Daher sind Neutronensterne und ihre Kollisionen einzigartige Laboratorien zur Untersuchung der Eigenschaften von Materie bei Dichten, die weit über den Dichten in Atomkernen liegen. Experimente mit Schwerionen-Kollisionen, die mit Teilchenbeschleunigern durchgeführt werden, sind eine Möglichkeit, Materie bei hohen Dichten und unter extremen Bedingungen zu erzeugen und zu untersuchen.
„Die Kombination von Erkenntnissen aus der theoretischen und experimentellen Kernphysik und astrophysikalischen Beobachtungen ist unerlässlich, um die Eigenschaften neutronenreicher Materie über den gesamten Dichtebereich, der in Neutronensternen vorkommt, zu verstehen“, erklärt Sabrina Huth, Institut für Kernphysik an der Technischen Universität Darmstadt, Erstautorin der Veröffentlichung. Peter T. H. Pang, ein weiterer Erstautor vom Institut für Gravitations- und subatomare Physik (GRASP) der Universität Utrecht, fügt hinzu: „Wir stellen fest, dass die Teilchenbeschleuniger-Daten von Goldionen-Kollisionen eine bemerkenswerte Übereinstimmung mit astrophysikalischen Beobachtungen aufweisen, obwohl sie mit völlig anderen Methoden gewonnen wurden.“
Dank der jüngsten Fortschritte in der Multi-Messenger-Astronomie konnte das internationale Team, an dem Forschende aus Deutschland, den Niederlanden, den USA und Schweden beteiligt sind, neue Erkenntnisse über die grundlegenden Wechselwirkungen in der Kernmaterie gewinnen. In einer interdisziplinären Studie haben die Wissenschaftler*innen Informationen aus Schwerionenkollisionen mit astronomischen Beobachtungen elektromagnetischer Signale, Messungen von Gravitationswellen und astrophysikalischen und kerntheoretischen Berechnungen zusammengebracht. Ihre systematische Studie kombiniert erstmals all diese Informationen und deutet auf einen höheren Druck bei mittleren Dichten in Neutronensternen hin.
Die Autor*innen haben die Informationen aus Goldionen-Kollisionsexperimenten, die am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt sowie am Brookhaven National Laboratory und am Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA durchgeführt wurden, in ihre mehrstufige Analyse einfließen lassen, welche auf Informationen aus der theoretischen Kernphysik und astrophysikalischen Beobachtungen basiert. Dazu gehören Messungen der Masse von Neutronensternen durch Radiobeobachtungen, Informationen von der „Neutron Star Interior Composition Explorer“ (NICER) Mission auf der Internationalen Raumstation sowie Multi-Messenger-Beobachtungen von Verschmelzungen zweier Neutronensterne.
Die Einbeziehung der Daten von Schwerionen-Kollisionen in die Analysen hat zusätzliche Einschränkungen im Dichtebereich ermöglicht, wo die Kerntheorie und astrophysikalische Beobachtungen weniger sensitiv sind. Dies hat dazu beigetragen, ein vollständigeres Verständnis der dichten Materie zu gewinnen. "In Zukunft können verbesserte Daten aus Schwerionenkollisionen eine wichtige Rolle bei der Verknüpfung von Kerntheorie und astrophysikalischen Beobachtungen spielen, indem sie ergänzende Informationen liefern", sagt Dr. Arnaud Le Fèvre von GSI, Mitautor der Veröffentlichung.
Insbesondere Experimente, die höhere Dichten erforschen und gleichzeitig die experimentellen Unsicherheiten verringern, haben ein großes Potenzial, neue Hinweise auf die Eigenschaften von Neutronensternen zu liefern. Neue Informationen auf beiden Seiten können leicht in die Berechnungen integriert werden, um das Verständnis dichter Materie in den kommenden Jahren weiter zu verbessern. „Hier wird insbesondere das Experiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM an der neuen FAIR-Anlage eine bedeutende Rolle spielen und neue Erkenntnisse beitragen“, erläutert Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „CBM wird einzigartige Möglichkeiten bieten, Kernmaterie bei Dichten wie im Inneren von Neutronensternen oder Neutronensternverschmelzungen herzustellen und zu studieren.“ Das internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) befindet sich aktuell bei GSI im Aufbau. (TUD/CP)
Insbesondere wird ein gemeinsames Förderverfahren für das GET_INvolved-Programm bei GSI/FAIR etabliert. Es wird jungen Studierenden und Nachwuchsforschenden eine einmalige Gelegenheit bieten, durch technische oder wissenschaftliche Projekte mit Bezug zur GSI/FAIR-Forschung in allen Bereichen der Einrichtung zu lernen und Erfahrungen aus erster Hand zu sammeln.
Das Indian Institute of Technology Roorkee feiert derzeit Jubiläum. Seit 175 Jahren vermittelt es technische Bildung und trägt zur Weiterentwicklung in der Gesellschaft bei. Das aktuelle Abkommen ist auch ein Meilenstein für das IIT Roorkee: Es handelt sich um die 100ste Vereinbarung.
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagt: „FAIR und GSI sind stolz darauf, eine Talentschmiede zu sein, und Indien ist eines der Gründungsmitglieder von FAIR. Daher freue ich mich über die Formalisierung der Zusammenarbeit zwischen dem IIT Roorkee und FAIR/GSI. Die Partnerschaft mit IIT Roorkee im Rahmen des GET_INvolved-Programms wird ein weiterer Schritt sein, um jungen Studierenden Zugang zu einer Ausbildung aus erster Hand zu verschaffen und die Entwicklung von Nachwuchsforschenden zu fördern, was ein grundlegendes Element unserer Aufgabe ist."
Professor Ajit K Chaturvedi, Direktor des IIT Roorkee, sagt: „Die Zusammenarbeit zwischen GSI/FAIR und IIT Roorkee wird den Wissensaustausch und den Aufbau von Kapazitäten zwischen den beiden Ländern beschleunigen. Die Formalisierung unserer Vereinbarung hätte zu keinem günstigeren Zeitpunkt stattfinden können als während des Besuchs unseres Premierministers in Deutschland. Ich wünsche dem GET_Involved-Programm viel Erfolg, denn es hat ein großes Potenzial als Plattform für unsere Studierenden und Fakultätsmitglieder verschiedener Fachrichtungen, die hochmoderne internationale Einrichtung zu nutzen und einen Beitrag dazu zu leisten.“ (BP)
Indien ist der drittgrößte Beitragszahler unter den Ländern, die als Partner am Bau der Anlage beteiligt sind und eine wichtige Rolle spielen. Indische Unternehmen werden wichtige Komponenten wie ultrastabile Stromrichter, koaxiale Stromkabel für die Stromversorgung der Magneten, Beamstopper, Ultrahochvakuumkammern und supraleitende Magnete für das FAIR-Beschleunigersystem liefern und entwickeln. Indische Wissenschaftler*innen sind auch an den Experimenten CBM und NUSTAR beteiligt. Bei CBM besteht die Hauptaufgabe der indischen Forschenden darin, ein Myon-Nachweissystem auf der Grundlage der GEM-Technologie (Gas Electron Multiplier) zu bauen. Beim NUSTAR-Experiment ist Indien am Bau eines hochauflösenden Gammastrahlenspektrometers (DESPEC Germanium Array) und eines modularen Neutronenspektrometers beteiligt. Das BOSE-Institut vertritt die Republik Indien im Council der FAIR Shareholder.
Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm zwischen IIT Roorkee und GSI/FAIR können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Professor P. Arumugam (IIT Roorkee, dean.ir@iitr.ac.in) und Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu).
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.
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Ein internationales Forschungsteam unter federführender Beteiligung des Exzellenzclusters PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) hat erstmals umfassende Daten zur Suche nach dunkler Materie mit einem weltweiten Netzwerk an optischen Magnetometern veröffentlicht. Dunkle Materie-Felder sollten in den zahlreichen Stationen des GNOME Netzwerks ein charakteristisches Signalmuster erzeugen, das durch korrelierte Messungen nachgewiesen werden kann, so die Überlegung. Bei der Analyse von Daten aus einem einmonatigen Dauerbetrieb von GNOME gab es noch keinen entsprechenden Hinweis. Die Messung erlaubt aber präzise Vorhersagen von den Eigenschaften Dunkler Materie zu formulieren, wie die Forscher in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Physics“ berichten.
GNOME steht für Global Network of Optical Magnetometers for Exotic physics searches. Dahinter verbergen sich über den Globus verteilte optische Magnetometer. Mit GNOME wollen die Forscher insbesondere die Suche nach Dunkler Materie vorantreiben – eine der aufregendsten Herausforderungen der Grundlagenphysik im 21. Jahrhundert. Denn schon lange ist bekannt, dass viele rätselhafte astronomische Beobachtungen, wie die Rotationsgeschwindigkeit von Sternen in Galaxien oder das Spektrum der kosmischen Hintergrundstrahlung am besten durch Dunkle Materie erklärt werden können.
„Als einer der vielversprechendsten Kandidaten für Dunkle Materie gelten heute extrem leichte bosonische Teilchen. Zu ihnen zählen unter anderem sogenannte Axion-like Particles, kurz ALPs“, sagt Professor Dr. Dmitry Budker, Professor bei PRISMA+ und am HIM, einer institutionellen Kooperation der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt. „Sie können auch als klassisches Feld, das mit einer bestimmten Frequenz oszilliert, betrachtet werden. Eine mögliche, theoretisch vorhergesagte Eigenheit solcher bosonischen Felder ist, dass sie Muster und Strukturen bilden können. Im Ergebnis könnte die Dichte der Dunklen Materie in vielen verschiedenen Regionen konzentriert sein. Es könnten sich zum Beispiel diskrete Domänenwände bilden, die kleiner als eine Galaxie, aber viel größer als die Erde sind.“
„Durchdringt eine solche Wand die Erde, wird diese nach und nach durch das GNOME-Netzwerk erkannt und kann in den Magnetometern vorübergehende charakteristische Signalmuster hervorrufen“, erläutert Dr. Arne Wickenbrock, einer der Mitautoren der Studie. „Noch dazu sind die Signale miteinander in bestimmter Weise korreliert, je nachdem, wie schnell sich die Wand bewegt und wann sie den jeweiligen Standort erreicht.“
Mittlerweile besteht das Netzwerk aus 14 Magnetometern, die über acht Länder weltweit verteilt sind: Deutschland, Serbien, Polen, Israel, Südkorea, China, Australien und den USA. Neun von ihnen lieferten Daten für die aktuelle Analyse. Das Messprinzip beruht auf einer Wechselwirkung der Dunklen Materie mit den Kernspins der Atome in dem Magnetometer. Die Kernspins dieser Atome werden mit einem Laser mit einer bestimmten Frequenz angeregt und dabei alle in einer Richtung ausgerichtet. Ein potentielles Dunkle-Materie-Feld kann diese Richtung stören, was messbar ist.
Im übertragenen Sinn kann man sich vorstellen, dass die Atome in dem Magnetometer zunächst durcheinander tanzen, verdeutlicht Hector Masia-Roig, Doktorand in der Budker-Gruppe und ebenfalls Autor der aktuellen Studie. „Wenn sie die richtige Frequenz an Laserlicht „hören“, drehen sie sich alle zusammen. Dunkle Materieteilchen können die tanzenden Atome aus dem Gleichgewicht bringen. Diese Störung können wir sehr genau messen.“ Und nun wird das Netzwerk an Magnetometern wichtig: Wenn die Erde sich durch eine räumlich begrenzte Wand aus Dunkler Materie bewegt, werden nach und nach die tanzenden Atome in allen Stationen gestört. Eine dieser Stationen steht in einem Labor am Helmholtz-Institut in Mainz. „Erst wenn wir die Signale aller Stationen abgleichen, können wir beurteilen, was die Störung ausgelöst hat“, so Hector Masia-Roig. „Übertragen auf das Bild der tanzenden Atome heißt das: Wenn wir die Messerergebnisse aller Stationen vergleichen, können wir entscheiden, ob es nur ein mutiger Tänzer war, der aus der Reihe tanzt, oder tatsächlich eine weltweite Störung durch dunkle Materie.“
In der aktuellen Studie analysiert das Forschungsteam die Daten aus einem einmonatigen Dauerbetrieb von GNOME. Statistisch signifikante Signale treten in dem untersuchten Massebereich von einem Femtoelektronenvolt (feV) bis 100.000 feV nicht auf. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Forschenden den Bereich, in dem solche Signale der Theorie nach zu finden sein könnten, noch weiter als bisher einschränken können. Für Szenarien, die auf diskrete Dunkle-Materie-Wände setzen, ist das ein wichtiges Ergebnis, „auch wenn wir mit unserer weltweiten Ringfahndung eine solche Domänenwand bisher nicht nachweisen konnten“, so Joseph Smiga, ebenfalls Doktorand in Mainz und Autor der Studie.
Die zukünftige Arbeit der GNOME-Kollaboration wird sich darauf konzentrieren, sowohl die Magnetometer selbst als auch die Datenanalyse zu verbessern. So soll insbesondere ein Dauerbetrieb noch stabiler möglich sein. Das ist wichtig, um zuverlässig nach Signalen zu suchen, die länger als eine Stunde anhalten. Zudem sollen die bisher in den Magnetometern verwendeten Alkali-Atome durch Edelgase ersetzt werden. Unter dem Titel Advanced GNOME erwarten die Forscher dadurch für künftige Messungen eine erheblich bessere Empfindlichkeit bei der Suche nach ALPs und Dunkler Materie. (JGU/BP)
Link zur wissenschaftlichen Veröffentlichung in Nature Physics (Englisch)
Link zur Arbeitsgruppe von Professor Budker (Englisch)
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Dr. Robert Summerby-Murray (Präsident und Vizekanzler), Dr. Malcolm Butler (Vizepräsident, Lehre und Forschung), Dr. Adam Sarty (Stellvertretender Vizepräsident, Forschung), Dr. Lori Francis (Dekanin für Wissenschaft), Dr. Ian Short (Vorsitzender) und Dr. Rituparna Kanungo (Abteilung für Astronomie und Physik) vertraten die SMU Halifax. Professor Paolo Giubellino (Wissenschaftlicher Geschäftsführer), Professor Karlheinz Langanke (Forschungsdirektor), Professor Christoph Scheidenberger (Leiter Abteilung NUSTAR) und Dr. Pradeep Ghosh (Programm-Manager) waren stellvertretend für GSI und FAIR anwesend.
Ziel war es auch, den Fortschritt der Bauarbeiten und die Ergebnisse des FAIR-Forschungsprogramms FAIR-Phase 0 zu erläutern und sich darüber auszutauschen, wie die wissenschaftliche Zusammenarbeit intensiviert und jungen Forschenden, die mit der SMU Halifax verbunden sind, mehr Ausbildungs- und Forschungsmöglichkeiten geboten werden können. Während des Treffens stellte Professor Paolo Giubellino hochrangigen Gästen der SMU Halifax die FAIR-Anlage und den aktuellen Stand der Bauarbeiten durch ein eindrucksvolles Drohnenvideo im Zeitraffer von 2018 bis 2021 vor.
Professor Paolo Giubellino betonte: „Wir bei GSI/FAIR bieten jungen Köpfen die Möglichkeit, ihr Talent zu entwickeln, sich mit fortschrittlichen Technologien vertraut zu machen und sich in einem internationalen Umfeld ausbilden zu lassen, so dass sie bereit sind, einen Beitrag für die Gesellschaft insgesamt zu leisten. Wissenschaft wird von Menschen gemacht, von Köpfen. Unsere Mission ist es, ihnen die Möglichkeit zu geben, sich zu entfalten. Ich freue mich darauf, junge Forschende der SMU Halifax bei FAIR begrüßen zu dürfen.
Professor Christoph Scheidenberger hob hervor: „Seit vielen Jahren haben SMU Halifax, GSI Darmstadt und TRIUMF Vancouver eng aufeinander ausgerichtete Forschungsschwerpunkte in den Bereichen Kernreaktionen, Kernstruktur und Beschleunigerwissenschaften. Ich freue mich zu erfahren, dass die SMU Halifax und GSI/FAIR ihre kontinuierliche Zusammenarbeit formalisieren und die Möglichkeiten für Mobilität in der Forschung erweitern. Die GET_INvolved-Partnerschaftsvereinbarung wird weitere Wege bieten, damit künftige Führungskräfte eine noch qualifiziertere Ausbildung erhalten können.“
Dr. Robert Summerby-Murray sagte: „Diese neue Partnerschaft zwischen der Saint Mary’s University und unseren Kolleg*innen von GSI/FAIR steht für unser gemeinsames Engagement für internationale Forschung und Zusammenarbeit. Als Forschende verbindet uns der Wunsch, Wissen zu schaffen, Grenzen zu erkunden und der Gesellschaft die Bedeutung von Entdeckungen und Innovationen aufzuzeigen. Unsere Partnerschaft basiert auf diesen gemeinsamen Werten und unserer Erkenntnis, wie wichtig es ist, Nachwuchswissenschaftler*innen Chancen zu bieten. Gemeinsam investieren wir nicht nur in die Weiterentwicklung der wissenschaftlichen Forschung, sondern auch in den Erfolg zukünftiger Forschender. Ich gratuliere allen, die am Start dieser wichtigen Zusammenarbeit beteiligt waren.“ (BP)
Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu) und Professorin Rituparna Kanungo (Saint Mary’s University, ritu@triumf.ca, Rituparna.Kanungo@smu.ca).
Die Saint Mary's University in Halifax, Nova Scotia, Kanada, wurde 1802 gegründet und ist national führend in der internationalen und interkulturellen Lehre und Bildung. Zu den Leitbildern der Universität gehören das Engagement in der Forschung und der Dienst an der Gemeinschaft von der lokalen bis zur internationalen Ebene. Die Universität ist ein Zentrum der Forschung zur subatomaren Physik im östlichen Kanada. Die derzeitige kernphysikalische Forschungsinfrastruktur der Universität befindet sich im kanadischen Teilchenbeschleunigerzentrum TRIUMF in Vancouver.
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.
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Bis heute wurden weltweit bereits mehrere Experimente zur Suche und Untersuchung von ganz besonderen exotischen Atomen, insbesondere von sogenannten mesischen Atomen und Hyperkernen, erfolgreich durchgeführt. Die jetzigen Experimente bauen auf einer langjährigen und intensiven Zusammenarbeit zwischen GSI und RIKEN auf, Japans größter umfassender Forschungseinrichtung, die für qualitativ hochwertige Forschung in einem breiten Spektrum moderner wissenschaftlicher Disziplinen bekannt ist.
Normale Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die ihrerseits aus insgesamt drei Up- und Down-Quarks zusammengesetzt sind. Sie bilden den Kern und zusammen mit den umgebenden Elektronen ein Atom. Wird eines der Quarks im Kern durch eine andere Art, ein so genanntes Strange-Quark, ersetzt, entsteht ein Hyperkern. Hyperkerne können in energiereichen Teilchenkollisionen an Beschleunigern erzeugt werden, und ihr Zerfall kann mit Experimentaufbauten wie dem WASA-Detektor und dem FRS beobachtet werden, um ihre Eigenschaften im Detail zu untersuchen. Hyperkerne sind besonders interessant, weil die derzeitigen Theorien davon ausgehen, dass sie wichtige Eigenschaften von Neutronensternen bestimmen. In ähnlicher Weise kann ein exotisches Atom entstehen, wenn die Elektronen in der umgebenden Atomhülle der Kerne durch andere geladene Teilchen ersetzt werden, wie zum Beispiel ein Meson. Ein Meson ist ein instabiles Paar aus einem Quark und einem Antiquark. Die Untersuchung dieser exotischen Atome kann einen Hinweis darauf geben, wie die Masse der Materie im Universum entsteht. WASA@FRS ermöglicht die Erzeugung und Untersuchung solcher exotischen, sehr seltenen Systeme mit sehr hoher experimenteller Empfindlichkeit und Reinheit.
Während der FRS hauptsächlich für die Trennung und Identifizierung exotischer Kerne verwendet wird, nutzt die Super-FRS-Experimentkollaboration die Vorteile seiner hohen Impulsauflösung, die im Bereich der relativistischen Protonen- und Schwerionenstrahlen weltweit einzigartig ist und somit konkurrenzlose Teilchenphysikstudien ermöglicht. Die Kombination eines hochauflösenden Impulsspektrometers mit dem „Wide Angle Shower Apparatus“ WASA, mit dem die Spuren einer großen Anzahl von Teilchen verfolgt werden können, die in energiereichen Kernkollisionen emittiert werden, öffnet die Tür zu nie dagewesenen experimentellen Möglichkeiten an der Grenze zwischen Atom-, Kern- und Hadronenphysik.
Die laufenden Experimente dienen als Pilotstudie für noch weitergehende wissenschaftliche Ziele am Super-FRS von FAIR, der sich derzeit im Bau befindet. „Die laufenden Forschungsaktivitäten werden weitgehend von japanischen Wissenschaftlern vorangetrieben. Die Kooperation mit den japanischen Forschungseinrichtungen war sehr wertvoll für GSI und wir hoffen auf eine verstärkte Fortsetzung dieser erfolgreichen Zusammenarbeit in Zukunft“, sagt Paolo Giubellino. (CP)
]]>Der Physiker Gabriel Martínez-Pinedo hat mit seinen Arbeiten dazu beigetragen, eines der größten ungelösten Probleme der Physik im 21. Jahrhundert zu lösen: Wo produziert das Universum schwere Elemente, wie etwa die Edelmetalle Gold oder Platin? Zusammen mit anderen Wissenschaftler*innen, einschließlich Professorin Almudena Arcones aus Darmstadt, zeigte Martínez-Pinedo, dass diese Elemente bei der Verschmelzung von Neutronensternen entstehen und dass bei diesem Prozess ein eindeutiges elektromagnetisches Signal, eine Lichtkurve, erzeugt wird, für das Martínez-Pinedo und Kollegen den Begriff „Kilonova“ prägten. 2017 wurde erstmals eine solche Kilonova im Anschluss an die Detektion von Gravitationswellen durch die Verschmelzung von Neutronensternen beobachtet.
Dieser wissenschaftliche Durchbruch gilt als Geburtsstunde der Multi-Messenger-Astronomie, die ganz neue wissenschaftliche Möglichkeiten eröffnet, um die Dynamik und Elemententstehung in Neutronensternverschmelzungen besser zu verstehen. So werden künftig die kernphysikalischen Prozesse, die bei der Verschmelzung von Neutronensternen eine wichtige Rolle spielen, nach Fertigstellung des derzeit bei GSI entstehenden internationalen Beschleunigerzentrums FAIR in Darmstadt mit unerreichter Qualität im Labor untersucht werden.
Der Hauptausschuss der DFG erkannte fünf Wissenschaftlerinnen und fünf Wissenschaftlern den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2022 zu. Sie waren zuvor vom zuständigen Auswahlausschuss aus 134 Vorschlägen ausgewählt worden. Von den zehn Preisträger*innen kommen je vier aus den Geistes-und Sozialwissenschaften und den Naturwissenschaften sowie zwei aus den Lebenswissenschaften. Die Ausgezeichneten erhalten jeweils ein Preisgeld von 2,5 Millionen Euro. Diese Gelder können die Preisträger*innen bis zu sieben Jahre lang nach ihren eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre Forschungsarbeit verwenden. (TUD/DFG/BP)
Die Verleihung der Leibniz-Preise fand am 12. Mai 2022 vor geladenen Gästen in Bonn statt. Die Veranstaltung war zudem per Livestream auf den digitalen Kanälen der DFG zu sehen und kann noch einmal verfolgt werden unter https://www.youtube.com/user/DFGScienceTV
Anlässlich der Verleihung der Leibniz-Preise wurden Filmporträts aller Preisträger*innen erstellt.
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Ich bin außerordentlich erfreut über die große Würdigung der exzellenten wissenschaftlichen Arbeit von Gabriel Martínez-Pinedo. Die Auszeichnung belegt zugleich die herausragenden Möglichkeiten in der Forschungsregion Darmstadt, bei GSI und FAIR ebenso wie an der TU Darmstadt. Mit FAIR werden wir die Perspektiven solch wegweisender Forschung noch weiter ausbauen können und weitere wichtige Pionierleistungen ermöglichen.“
Professorin Tanja Brühl, Präsidentin der TU Darmstadt: „Forschungs-Persönlichkeiten wie Gabriel Martínez-Pinedo stärken die Rolle der Technischen Universität Darmstadt und des GSI Helmholtzzentrums, die gemeinsam zu einem international herausragenden Zentrum der Kern-Astrophysik geworden sind. Wir sind stolz, dass mit Gabriel Martínez-Pinedo ein weiterer Leibniz-Preisträger das Forschungsfeld Matter and Materials der TU Darmstadt mitprägt.“
Gabriel Martínez-Pinedo studierte an der Autonomen Universität Madrid und promovierte dort in Theoretischer Physik. Seine weitere Laufbahn führte ihn unter anderem ans California Institute of Technology, an die Universitäten Aarhus, Basel und Barcelona. Seit 2005 arbeitet er am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, wo er nun die Theorieabteilung Nukleare Astrophysik und Struktur leitet und 2020 einer der Direktoren der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR wurde. Seit 2011 hat Martínez-Pinedo die Professur für Theoretische Nukleare Astrophysik am Fachbereich Physik der TU Darmstadt inne. Martínez-Pinedo ist vielfach ausgezeichnet; unter anderem erhielt er 2020 einen ERC Advanced Grant für das Projekt “Probing r-process nucleosynthesis through ist electromagnetic signatures (KILONOVA)“. Er ist vielgefragter Sprecher auf internationalen Konferenzen, vertritt sein Fachgebiet in wichtigen internationalen Gremien und veröffentlicht in renommierten wissenschaftlichen Journalen.
Der Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis ist der wichtigste Forschungsförderpreis in Deutschland. Ziel des 1985 eingerichteten Leibniz-Programms ist es, die Arbeitsbedingungen herausragender Wissenschaftler*innen zu verbessern, ihre Forschungsmöglichkeiten zu erweitern, sie von administrativem Arbeitsaufwand zu entlasten und ihnen die Beschäftigung besonders qualifizierter Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu erleichtern. Der Preis ist mit bis zu 2,5 Millionen Euro dotiert. Die Förderung wird nur auf Vorschlag Dritter gewährt. Die Entscheidung über die Preisträger*innen trifft der Hauptausschuss aufgrund einer Empfehlung des Auswahlausschusses für das Leibniz-Programm. Ausgezeichnet werden können qualitativ herausragende Forscher*innen, die gemessen an dem Stadium ihres wissenschaftlichen Werdegangs exzellente grundlegende Leistungen in ihren Forschungsgebieten im internationalen und nationalen Rahmen erbracht haben und von denen in Zukunft erwartet werden kann, dass sie durch weitere wissenschaftliche Spitzenleistungen die Forschungslandschaft in Deutschland nachhaltig prägen werden. Die Verleihung des Preises ist nicht auf bestimmte Wissenschaftsbereiche beschränkt. Kriterium für eine Nominierung ist allein die wissenschaftliche Exzellenz der bisherigen Arbeit der Forschenden. Der Preis kann an Wissenschaftler*innen sowie an Forschungsteams aus allen Wissenschaftsbereichen, die an einer Forschungseinrichtung in Deutschland oder an einer deutschen Forschungseinrichtung im Ausland tätig sind, verliehen werden.
Beide Absolventen möchten ihre berufliche Qualifikation gerne noch erweitern. „Erst einmal wurde ich bei GSI/FAIR in der Schlosserei übernommen, für die Zukunft bin ich aber an einer Meisterausbildung oder einem weiterführenden Studiengang interessiert“, berichtet Paul Döbel. Auch Merlin Weiland hat ähnliche Pläne: „Ich möchte gerne noch die weiterführende Techniker-Ausbildung absolvieren.“
„Unsere beiden Auszubildenden können sehr stolz auf diesen tollen Erfolg sein. Das Ergebnis von Herrn Döbel und Herrn Weiland ist neben ihrer hohen persönlichen Qualifikation natürlich auch ein Ergebnis der Arbeit unserer sehr kompetenten und engagierten Ausbilder*innen“, erklärte Jasmin List aus dem Bereich Personalentwicklung der GSI/FAIR-Personalabteilung. „Die Ausbildung des Nachwuchses in den bei uns auf dem Campus verorteten Fachberufen ist uns ein großes Anliegen. Alle interessierten jungen Menschen möchten wir aufrufen, sich gerne bei uns für einen Ausbildungsplatz zu bewerben.“
Bei GSI/FAIR werden aktuell 22 Auszubildende zu Anlagenmechaniker*innen, Elektroniker*innen, Industriemechaniker*innen, Kaufleute oder Konstruktionsmechaniker*innen ausgebildet. Des Weiteren gehören zwei duale Studiengänge zum Ausbildungsportfolio. Bereits im Jahr 2019 war ein Auszubildender von GSI/FAIR unter den Besten des Jahrgangs. (CP)
Die Polarisation von elektromagnetischer Strahlung beschreibt, in welcher Ebene im Raum eine Welle schwingt. Während alltägliche elektromagnetische Strahlung, z.B. Sonnenlicht, unpolarisiert ist, erzeugen Laser eine polarisierte Strahlung. Das ist für eine Vielzahl von Experimenten von der Festkörperphysik bis zur Quantenoptik eine wichtige Voraussetzung.
Zusätzliche Polarisatoren, wie sie am Helmholtz-Institut Jena entwickelt werden, haben den Zweck, die Polarisationsreinheit weiter zu verbessern, aber lange Zeit konnte die Grenze von einigen 10-10, d.h. von zehn Milliarden Photonen haben nur eine Handvoll die ungewünschte Polarisation, nicht weiter verschoben werden. Kai Schulze, Erstautor der Publikation, die nun bei Physical Review Research erschienen ist, fand 2018 heraus, dass die Divergenz der Synchrotronstrahlung, also die Auffächerung des Strahls, der Grund für diese Grenze ist. „Um eine weitere Verbesserung der Reinheit zu bekommen, musste also eine Quelle mit besserer Divergenz her“, sagt der Physiker, der am HI Jena die Arbeiten zur Vakuumdoppelbrechung leitet und mitverantwortlich für verwandte DFG-Forschungsprojekte an der Universität Jena ist. „Die Inbetriebnahme des europäischen Röntgenlasers, European XFEL, in Schenefeld bei Hamburg stellte dafür die Weichen.“
Gemeinsam mit Wissenschaftler*innen der Friedrich-Schiller-Universität Jena sowie des Helmholtz-Zentrums Dresden Rossendorf entwickelten Schulze und sein Team ein Experiment-Setup am European XFEL, das dank besonderer Polarisatorkristalle, einer sehr präzisen Justage und eines stabilen Aufbaus einen neuen Reinheitsrekord von 8×10−11 aufstellte. Dieser neue Reinheitsrekord ermöglichte bereits eine Reihe von Experimenten zur Quantenoptik im Röntgenbereich und zur Ladungsverteilung in Festkörpern. Besonderes Interesse gilt allerdings dem Nachweis der sogenannten Vakuumdoppelbrechung.
Die Wechselwirkung von Licht mit Licht wurde bereits 1936 von Werner Heisenberg und Hans Euler beschrieben, aber bisher auf der Erde noch nicht direkt beobachtet. „Die Vakuumdoppelbrechung ist derzeit der vielversprechendste Effekt Licht-Licht-Wechselwirkung direkt nachzuweisen“, erklärt Schulze. „Dabei ändert sich die Polarisation eines Probestrahls, wenn dieser im Vakuum mit einem sehr intensiven zweiten Lichtstrahl kollidiert. Das Vakuum wirkt somit wie ein doppelbrechender Kristall, der ebenfalls die Polarisation beeinflusst; daher der Name. Der Effekt ist extrem klein, wächst jedoch mit kleiner werdender Wellenlänge des Probestrahls. Präzise Polarisatoren im Röntgenbereich bieten daher ein gutes Werkzeug, um den Effekt nachzuweisen.“
Das High-Energy-Density-Instrument am European XFEL werde künftig die idealen Bedingungen für solch ein Experiment bieten, erklärt Schulze weiter. Und das Forschungsteam hat nun ein Setup, mit dem kleinste Polarisationsänderungen messbar sind. Der Nachweis der Vakuumdoppelbrechung würde nicht nur die Fundamente der Quantenelektrodynamik weiter untermauern, sondern, falls Abweichungen von den theoretischen Erwartungen auftauchen, auch Hinweise auf bisher unbekannte Elementarteilchen geben (wie Axionen, oder Millicharged Particles). „Wir hoffen in den nächsten Jahren die ersten Versuche zum Nachweis starten zu können.“
Auch für zukünftige Experimente am Teilchenbeschleunigerzentrum FAIR wäre ein Nachweis des Phänomens interessant. „Wenn es uns gelingt die Vakuumdoppelbrechung zu vermessen, wird dies helfen die Messdaten von FAIR zu interpretieren. Dort wird u.a. die Vakuumpolarisation eine Rolle spielen, die eng mit der Vakuumdoppelbrechung verknüpft ist“, so Schulze. (LW)
Originalveröffentlichung: Towards perfectly linearly polarized x-rays, Physical Review Research
]]>Nach einer einführenden Präsentation über den Stand des FAIR-Projektes, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuelle Experimente fand ein Rundgang über die FAIR-Baustelle und durch die Forschungseinrichtungen bei GSI/FAIR statt. Ein Höhepunkt dabei war die Begehung des unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentrale Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der FAIR-Anlage sein. Außerdem besichtigten die Gäste das zentrale Kreuzungsbauwerk, der entscheidende Knotenpunkt für die Anlagenstrahlführung, das derzeit über mehrere Geschosse gebaut wird.
Ein weiterer wichtiger Fokus waren die eigens für FAIR entwickelten Hightech-Komponenten. Die Gäste besichtigten die Testing-Halle, in der neue FAIR-Komponenten aufgebaut und überprüft werden. Besucht wurden außerdem das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube. Es gehört zu den führenden wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Es setzt neue Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen. (BP)
Nach einer Begrüßung durch die organisierende Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und den stellvertretenden Leiter der Personalabteilung, Mathias Mauer, ging es für die Mädchen zunächst auf eine begleitete Entdeckungsreise zu einigen Stationen auf dem Campus. Sie warfen einen Blick in den Experimentierspeicherring ESR, besuchten den Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen und bestaunten den großen Messaufbau HADES. Auch die Begehung der Aussichtsplattform auf die Großbaustelle für den zukünftigen FAIR-Beschleuniger gehörte zum Programm.
Im Anschluss erfuhren die Mädchen in Kleingruppen mehr über einzelne Arbeitsbereiche auf dem Campus. Dazu gehörten neben der Forschungsarbeit in Materialforschung, Atomphysik und am ALICE-Experiment auch zahlreiche Infrastruktureinrichtungen wie das Targetlabor, die Kryogenik, die mechanische Werkstatt und die IT. In einem speziellen FAIR-Bauangebot konnten einige der Mädchen auch einen Einblick in die Bautätigkeit auf der Großbaustelle gewinnen und Bagger, Kräne und sehr viel Beton aus der Nähe kennenlernen.
„Wir haben uns sehr gefreut, dass es die Pandemiesituation dieses Jahr erlaubt hat, die Veranstaltung wieder vor Ort durchzuführen“, erläutert Organisatorin Carola Pomplun, die selbst Physikerin ist und in der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit von GSI und FAIR arbeitet. „Letztes Jahr hatten wir eine sehr erfolgreiche Online-Veranstaltung anlässlich des Girls’Day, aber es ist sowohl für die Betreuer*innen als auch für die Teilnehmerinnen doch etwas anderes, wenn man in den persönlichen Kontakt treten, die Arbeit ‚live‘ sehen und direkte Fragen stellen und beantworten kann. Viele Gruppen haben auf dem Campus etwas Kleines gebaut oder hergestellt, das zum Teil auch mit nach Hause genommen werden kann. Das Angebot haben die Mädchen rege wahrgenommen und unsere Plätze waren innerhalb kurzer Zeit ausgebucht.“
„Neben der Möglichkeit, im Rahmen eines wissenschaftlichen Studiums, beispielsweise für Bachelor-, Master- oder Promotionsarbeiten, bei GSI/FAIR tätig zu werden, bieten wir auch Ausbildungsplätze in sieben Berufen sowie duale Studiengänge bei uns an,“ sagt Mathias Mauer. „Wenn es den Mädchen hier bei uns gefallen hat, möchte ich sie herzlich dazu auffordern, sich dafür, oder auch für ein Praktikum, bei uns zu bewerben.“
Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Hochschulen und andere Einrichtungen in ganz Deutschland öffnen an diesem Tag ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten tätig sind. GSI und – seit der Gründung – auch FAIR beteiligen sich bereits seit den Anfängen des Girls’Day an der jährlichen Veranstaltung. (CP)
GSI und FAIR haben mit dem Green IT Cube ein sehr energieeffizientes und nachhaltiges Rechenzentrum, dessen Technologie auf der Kaltwasserkühlung der Computerschränke (sogenannte Racks) und der Weiterverwendung der abgeführten Wärme basiert. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung, anstatt 30 bis zu 100 Prozent, wie es in herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung der Fall ist. Ursprünglich als umweltfreundliche Lösung zur Beherbergung der Rechenkapazität für den sich im Aufbau befindenden FAIR-Beschleuniger geplant, hat sich in der Zwischenzeit erhebliches Interesse aus ganz unterschiedlichen Bereichen der Forschung und Industrie gezeigt.
„Die Förderung wird es uns ermöglichen, Forschungs- und Entwicklungsprojekte zu nachhaltigerem Betrieb von Rechenzentren, auch gemeinsam mit Industriepartnern, durchzuführen und dabei Synergien zu nutzen. Die Wirtschaftspartner bringen ihr Knowhow und ihr Innovationspotential ein“, sagt Professor Paolo Giubellino, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR und GSI. „Auch besteht für Partner aus dem wissenschaftlichen Umfeld mit dem Ausbau die Möglichkeit, unseren Rechenzentrumsplatz für ihre eigene Forschungsarbeit zu verwenden. Vor wenigen Tagen erst hat das Hessische Ministerium für Digitale Strategie und Entwicklung angekündigt, dass das Hessische Zentrum für Künstliche Intelligenz hessian.AI den Platz in unserem Rechenzentrum für den Aufbau eines KI-Innovationslabors nutzen wird.“
Die Projektmittel sind Teil des Programms REACT-EU (Recovery Assistance for Cohesion and the Territories of Europe), das die Europäische Kommission über die Bundesländer ausschüttet. Gefördert werden Projekte zu direkter Covid-19-Pandemiebekämpfung und für die Stärkung der Nachhaltigkeit. Das Land Hessen nutzt die Mittel unter anderem für den Ausbau von Forschungs- und Infrastruktureinrichtungen an Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. „Es handelt sich zwar um eine Förderung mit einem äußerst geringen Eigenanteil, aber die Mittel müssen in einem relativ kurzen Zeitraum verausgabt werden“, erklärt Dr. Arjan Vink, Leiter der GSI/FAIR Drittmittelstelle.
Bis zum Ende des Jahres werden zwei zur Verfügung stehende Etagen des Green IT Cube mit der nötigen Strom- und Wasserkühlungsversorgung ausgestattet, sowie eine dieser Etagen mit insgesamt 128 Racks bestückt. Interessierte Partner, wie beispielsweise hessian.AI (über die Technische Universität Darmstadt), können ihre Rechnersysteme im Anschluss in die Racks einsetzen und sie auf dem GSI/FAIR-Campus betreiben. Eine vergleichbare Vereinbarung besteht bereits mit der Hochschule Darmstadt, die mehrere der bestehenden Racks nutzt. Mit weiteren Interessenten wurden bereits Verhandlungen aufgenommen.
Um in die Kommunikation mit den interessierten Partnern zu treten, wurde durch die Stabsstelle Technologietransfer von GSI und FAIR das Digital Open Lab als Umgebung für die Entwicklung, Erprobung und das Upscaling von energieeffizienten Hochleistungsrechnern bis zum Maßstab industrieller Demonstratoren etabliert. Es bietet Partnern die Bereitstellung der Infrastruktur und die hauseigenen IT-Kompetenzen für gemeinsame Entwicklungsprojekte, Zugang zu den GSI/FAIR-High-Performance-Rechnersystemen sowie Rackspace für eigene Systeme an und stellt ein Reallabor zur Verfügung, das zukünftigen Forschungs- und Entwicklungsprojekten und der Bereitstellung für Drittmittelprojekte gewidmet ist.
Die Förderung des Green IT Cube im Speziellen kann dazu beitragen, Zukunftstechnologien zu stärken und die Infrastruktur für eine Steigerung des Innovationspotentials bereitzustellen. Die Förderung ermöglicht auch die Beschaffung und Erprobung neuartiger, noch wenig etablierter Systeme, die einen besonders nachhaltigen Rechenzentrumsbetrieb mit geringem Energieverbrauch ermöglichen könnten. Die Forschung und Entwicklung an solchen Systemen soll einen Beitrag zu effizienten und energiesparenden Rechenclustern in der Zukunft leisten.
Ursprünglich nutzen Wissenschaftler*innen den Green IT Cube, um Simulationen durchzuführen und Detektoren für FAIR zu entwickeln. Außerdem werten sie Messdaten von Experimenten an den Beschleunigeranlagen von GSI und in Zukunft von FAIR aus, mit denen sie grundlegende Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Das effektive Kühlverfahren ermöglicht es, die Rechner im Green IT Cube platzsparend unterzubringen. Zurzeit sind zwei von sechs Stockwerken mit einer maximalen Kühlleistung von vier Megawatt ausgebaut. Im Endausbau wird der Green IT Cube eine Kühlleistung von zwölf Megawatt erreichen können. Durch die gleichzeitige Energie- und Platzersparnis ist er sehr kosteneffizient. Mit der Server-Abwärme des Green IT Cubes wird darüber hinaus auf dem GSI-Campus bereits heute ein modernes Büro- und Kantinengebäude beheizt. Das leistungsstarke Konzept konnte schon mehrfach Preise für Innovation und Umweltfreundlichkeit gewinnen, unter anderem wurde es mit dem Umweltzeichen der Bundesregierung, dem Blauen Engel, ausgezeichnet. (CP)
Dieses Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie finanziert.
]]>Zu der Delegation gehörten außer dem Minister und studierten Mathematiker Professor Mikheil Chkhenkeli noch Levan Diasamidze, georgischer Generalkonsul in Frankfurt, Nikoloz Chkhetiani, Vorsitzender des Stiftungsrats der internationalen Wohltätigkeitsstiftung Cartu, Vakhtang Tsagareli, Direktor für Projektmanagement und Betrieb bei der internationalen Wohltätigkeitsstiftung Cartu und Professor Alexander Tevzadze, Rektor der Internationalen Universität Kutaisi (KIU, Kutaisi International University). Teilnehmende von GSI und FAIR waren Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer, Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer, Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Professor Marco Durante, Leiter der Abteilung Biophysik, Professor Christian Graeff, stellvertretender Leiter der Abteilung Biophysik, Dr. Christian-Joachim Schmidt, Leiter des Detektorlabors und Dr. Irakli Keshelashvili, Wissenschaftler im Detektorlabor.
Ein wichtiger Gegenstand des Besuchs war der Ausbau der wissenschaftlichen Beziehungen. Dazu gehörten die Intensivierung und Erweiterung der Zusammenarbeit im Bereich der Partikeltherapie mit Ionen und Protonen als auch bei der Detektor- und IT-Technologie. Möglichkeiten einer georgischen Beteiligung am FAIR-Projekt wurden bei dem hochrangigen Besuch ebenfalls ausgelotet und diskutiert. Auch die Förderung des internationalen Nachwuchses, etwa durch gezielte Austausch- und Studierendenprogramme wie das sehr erfolgreich bei GSI/FAIR laufende GET_INvolved-Programm war ein wichtiges Thema. Die Gäste zeigten sich beeindruckt von der Weltklasse-Forschung und dem großen Zukunftspotenzial von GSI/FAIR und brachten ihren Wunsch nach künftigen Kooperationen zum Ausdruck.
Zum breit angelegten zweitägigen Programm für die georgischen Besucher gehörte zunächst eine einführende Präsentation über das FAIR-Projekt, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente des FAIR-Phase-0-Programms. Außerdem konnten sich die Gäste von der Aussichtsplattform einen Überblick in die aktuellen FAIR-Bauaktivitäten auf dem 20 Hektar großen Baufeld östlich des bestehenden GSI- und FAIR-Campus verschaffen.
Die Testeinrichtung, in der supraleitende Hightech-Beschleunigermagnete (Series Test Facility, STF) für FAIR geprüft werden, gehörte ebenfalls zu den Besichtigungsstationen. Auf dem Programm standen außerdem der Behandlungsplatz für die Tumortherapie, das Detektorlabor und das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube. (BP)
]]>Im Rahmen der ALICE-Masterclass konnten 13 Schüler*innen einen Einblick in die wissenschaftliche Arbeit und die Datenauswertung bekommen. Unter fachkundiger Begleitung durch die Wissenschaftler*innen werteten sie selbst Messdaten des ALICE-Experiments aus und diskutierten ihre Ergebnisse in einer gemeinsamen Videoschaltung mit anderen Teilnehmenden. Auch ein virtueller Besuch des ALICE-Messaufbaus am CERN gehörte zum Tagesprogramm.
ALICE ist eines der vier Großexperimente am Kollisionsbeschleuniger LHC des Forschungszentrums CERN in Genf und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Bleiatomkernen. Wenn im LHC Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen.
Die Verbindung zwischen GSI und ALICE ist traditionell sehr eng: Die zwei großen ALICE-Detektorsysteme Zeitprojektionskammer (TPC) und Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) wurden unter wesentlicher Beteiligung von GSI-Mitarbeitenden der ALICE-Abteilung und des Detektorlabors entwickelt und aufgebaut. Heute fokussieren sich Wissenschaftler*innen beider Abteilungen auf die TPC, die das Herzstück für die Spurenrekonstruktion im zentralen ALICE-Barrel-Aufbau darstellt und auch für die Teilchenidentifikation unverzichtbar ist. Wissenschaftler*innen der GSI-IT-Abteilung tragen wesentlich zur neuen Datenaufnahme- und Analysesoftware O2 bei, und das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments.
Die Masterclasses werden unter der Schirmherrschaft der IPPOG (International Particle Physics Outreach Group) organisiert, deren assoziiertes Mitglied GSI ist. Jedes Jahr nehmen mehr als 13.000 Schüler aus 60 Ländern für einen Tag an einer Veranstaltung der rund 225 nahe gelegenen Universitäten oder Forschungszentren teil, um die Geheimnisse der Teilchenphysik zu entschlüsseln. Alle Masterclasses in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt statt, zu dem auch GSI/FAIR gehört. Ziel des bundesweiten Netzwerks zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. (CP)
Unter der Federführung der Universität Bochum wollen die Forschenden des NRW-FAIR-Netzwerks die wissenschaftliche Arbeit an FAIR, der Facility for Antiproton and Ion Research in Darmstadt, maßgeblich mitgestalten. Ab August 2022 wird das Netzwerk dafür mit rund 16,5 Millionen Euro, ausgelegt auf vier Jahre, von der Landesregierung Nordrhein-Westfalen gefördert.
Am Netzwerk NRW-FAIR sind neben der Universität Bochum, die Universität Bonn, das Forschungszentrum Jülich und die Universität Münster und die Universität Wuppertal sowie das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung beteiligt. Außerdem ist eine Ausweitung des Netzwerkes auf die Universitäten Bielefeld und Köln bereits angedacht.
Die Förderung des NRW-FAIR-Netzwerks unterstreicht die Relevanz des FAIR-Wissenschaftsprogramms. Ein Schwerpunkt der beteiligten Universitäten sind die Forschungssäulen PANDA und CBM. „Wir freuen uns, dass sich diese renommierten Universitäten zusammenschließen, um ihre Beteiligung an FAIR zu verstärken“, sagt Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI/FAIR. „Das NRW-FAIR-Netzwerk wird unsere Zusammenarbeit deutlich intensivieren und uns helfen, die grundlegende Mission unseres Labors zu erfüllen: Wissenschaftler*innen in Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt die Möglichkeit zu geben, herausragende Forschung zu betreiben."
Die langjährige Zusammenarbeit von GSI/FAIR und den nordrhein-westfälischen Universitäten spiegelt sich in den bereits bestehenden engen Kooperationen wieder. Die Universitäten sind sowohl an der Bearbeitung von wissenschaftlichen Fragestellungen für FAIR als auch an der Entwicklung von Experimenttechnologie für FAIR beteiligt.
Ziel des gesamten Förderprogramms des Landes Nordrhein-Westfalen ist es, bereits bestehende themenbezogene und standortübergreifende Forschungsnetzwerke von Universitäten, Hochschulen für Angewandte Wissenschaften und außeruniversitären Forschungseinrichtungen nachhaltig zu stärken, diese auszubauen und ihre Sichtbarkeit und internationale Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen. (LW)
Pressemitteilung des Landes Nordrhein-Westfalen
Pressemitteilung der Ruhr-Universität Bochum
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Die Hochschule Darmstadt (h_da), als Repräsentantin der „European University of Technology“ (EUt+), sowie das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das Beschleunigerzentrum FAIR haben gestern einen Vertrag zur vertiefenden Zusammenarbeit unterzeichnet. Das Programm „GET_INvolved“ bietet Studierenden und Forschenden dauerhaft die Möglichkeit, Praktika und Forschungsaufenthalte bei GSI/FAIR zu absolvieren. Es steht allen Studierenden und Forschenden – vor allem Promovierenden – von EUt+-Hochschulen offen. Der Vertrag wurde gestern an der h_da von Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR sowie h_da-Präsident Prof. Dr. Arnd Steinmetz unterzeichnet.
Bis zu 10 Studierende und Promovierende pro Jahr werden künftig von der neuen Kooperation profitieren: Sie werden für Kurzzeit-Praktika oder mehrjährige Forschungsaufenthalte im Umfeld der Spitzenforschung bei GSI/ FAIR lernen und arbeiten können. GSI/FAIR stellt Studierenden und Promovierenden unter anderem feste Mentorinnen und Mentoren und hilft nach Bedarf bei der Suche nach Unterkünften für die Dauer des Aufenthalts. Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer des Programms können darüber hinaus an Veranstaltungen von GSI/FAIR teilnehmen. Hierzu zählen Symposien und Vorlesungen sowie das Sommer-Programm der GSI für Studierende.
Für die Auswahl bilden die Partner eine gemeinsame Jury. Praktika können zwischen 3 und 6 Monate dauern und erfordern mindestens einen Bachelor-Abschluss. Wer sich um einen Forschungsaufenthalt bewerben will, muss einen Abschluss auf Master-Niveau mitbringen, promovieren oder mehr als zwei Jahre Erfahrung in der Forschung nachweisen. Solche Aufenthalte können bis zu zwei Jahre dauern.
„Die kommenden Jahre sind von entscheidender Bedeutung, um das Forschungsprogramm an FAIR als eines der besten wissenschaftlichen Labors der Welt zusammen mit der breiten internationalen FAIR-Wissenschaftsgemeinschaft weiter zu optimieren”, sagt Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. „FAIR/GSI ist eine Talentschmiede, und im Rahmen des GET_INvolved-Programms werden junge Studierende und Forschende an der Hochschule Darmstadt und EUt+-Hochschulen in sieben europäischen Ländern während ihrer Ausbildung erheblich vom Fachwissen und der Expertise der FAIR-Wissenschaftsgemeinschaft profitieren.”
Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Die Hochschule Darmstadt und die European University of Technology Alliance (EUt+) sind ideale Partner für FAIR/GSI. Mit ihrem Erfindungsreichtum verschieben unsere Forschenden sowie Ingenieur*innen die Grenzen der Technologie immer weiter. Ich freue mich sehr über die Partnerschaft im Rahmen des GET_INvolved-Programms, das jungen, brillanten Ingenieur*innen der Kooperationspartner die Möglichkeit bietet, in einer der größten Forschungsanlagen der Welt Erfahrungen aus erster Hand zu sammeln.”
„Die neue Kooperation mit GSI/FAIR eröffnet unseren Studierenden und jungen Forschenden der ganzen EUt+ ganz neue Möglichkeiten. Es ist ein bedeutender weiterer Schritt für die h_da und zeigt unseren Stellenwert als Partner in der Wissenschaftslandschaft“, sagt h_da-Präsident Prof. Dr. Arnd Steinmetz. (HDA/LW)
Die Einzelheiten des Bewerbungsverfahrens für Studierende und Forscher, die sich für das h_da/EUt+ und GSI/FAIR GET_INvolved-Programm interessieren, werden in Kürze veröffentlicht. Weitere Informationen zum GET_INvolved-Programm finden Sie auf den Programmseiten der h_da/EUt+ und GSI/FAIR Websites. Für unmittelbare Fragen wenden Sie sich bitte an Dr. Jorge Medina, Koordinator EUt+ unter coordinator-eutplus(at)h-da.de oder Dr. Pradeep Ghosh, Programmkoordinator auf Seiten der GSI/FAIR unter Pr.Ghosh(at)gsi.de.
Die Hochschule Darmstadt (h_da) und GSI/FAIR kooperieren bereits seit längerer Zeit auf vielen Ebenen. Seit 2014 existiert ein ähnlicher Vertrag im Bereich Praktika und Forschungsaufenthalte. Dieser wird mit „GET_INvolved“ deutlich ausgeweitet – unter anderem auf alle Studierenden und Forschenden im EUt+-Verbund.
EUt+ steht für „European University of Technology“ und ist ein Vorhaben der h_da mit sieben Partnerhochschulen aus ganz Europa. Die Europäische Kommission fördert den Zusammenschluss im Rahmen der European Universities Initiative - eine Initiative zur Stärkung des europäischen Bildungsraums. Die Hochschulen wollen langfristig Stück für Stück enger zusammenwachsen. EUt+ erleichtert es Studierenden, einen Teil ihres Studiums an einer der Partner-Hochschulen zu verbringen. Auch wird die Mobilität der Beschäftigten sowie Zahl und Volumen gemeinsamer Forschungsprojekte erhöht. Die European University of Technology vereint 100.000 Studierende und 12.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Die beteiligten Institutionen verbindet ein Schwerpunkt auf Technik, der die Bedürfnisse von Mensch und Umwelt zentral im Blick hat.
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit führende Beschleunigeranlage für Forschungszwecke. Bei GSI arbeiten rund 1.600 Mitarbeitende. Darüber hinaus kommen jedes Jahr rund 1.000 Forschende von Universitäten und anderen Forschungsinstituten aus aller Welt zur GSI. Sie nutzen die Anlage für Experimente, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. GSI ist eine Gesellschaft mit beschränkter Haftung (GmbH). Anteilseigner Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland mit 90 %, das Land Hessen mit 8 %, sowie das Land Rheinland-Pfalz und der Freistaat Thüringen mit jeweils 1 %. GSI ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, Deutschlands größter Forschungsorganisation. Bei GSI entsteht derzeit FAIR, eine internationale Beschleunigeranlage für die Forschung mit Antiprotonen.
GET_INvolved Programm
GSI und FAIR
European University of Technology
Hochschule Darmstadt
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Die FAIR-Beschleunigeranlagen werden Teilchenstrahlen von noch nie dagewesener Intensität und Präzision liefern, die es den Forschenden ermöglichen, einzigartige Experimente durchzuführen, um neue Erkenntnisse über die Struktur der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis zur Gegenwart zu gewinnen. Daher ist ein integriertes Kontrollzentrum auf dem neuesten Stand der Technik erforderlich, um die äußerst komplexe Beschleunigeranlage zu steuern und zu überwachen. Die Steuerungsaufgaben werden von einem spezialisierten Team für den Beschleunigerbetrieb wahrgenommen, das hochentwickelte Software-Tools einschließlich KI-basierter Prozesse einsetzt. Der künftige Main Control Room (MCR) ist deutlich größer als der bestehende Hauptkontrollraum der GSI-Anlage, der zwar geeignet ist, die GSI-Anlagen zu bedienen, jedoch zusätzliche räumliche und technische Anforderungen für FAIR nicht mehr erfüllen könnte. Die FAIR-Anlage ist rund viermal so groß wie die bestehende GSI-Anlage und ermöglicht die Realisierung einer deutlich größeren Anzahl an Experimenten. Zudem erhöht sich mit FAIR der Parallelbetrieb der Experimente.
Zusätzlich zum neuen Hauptkontrollraum werden in dem Gebäude mehr als 200 neue wissenschaftliche Büroarbeitsplätze geschaffen sowie Besprechungsräume für Experimentkollaborationen und eine Besuchsgalerie. Das fünfgeschossige, teilunterkellerte FAIR Control Center verfügt über eine Brutto-Geschoss-Fläche von insgesamt rund 6000 Quadratmeter.
Parallel zur jetzt erfolgten Grundsteinlegung ist das wissenschaftliche Programm von FAIR bereits in der ersten Umsetzung, der sogenannten „FAIR-Phase-0“. Dabei nutzen die Forschenden die GSI-Beschleunigeranlagen, die für ihren späteren Einsatz als Vorbeschleuniger für FAIR wesentlich verbessert wurden und noch weiter technisch aufgerüstet werden. Dank der von den großen internationalen FAIR-Kollaborationen bereits entwickelten Detektoren und Instrumentierungen sowie der verbesserten Teilchenbeschleuniger ist es schon heute möglich, physikalisches Neuland zu betreten.
Bei der Grundsteinlegungszeremonie überbrachten hochrangige Vertreter*innen aus der Politik, sowohl aus der Bundesregierung als auch aus dem Bundesland, ebenso wie aus der Wissenschaft und der Baubranche Grußworte und legten symbolisch den Grundstein für das FCC. Der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, hob das große Potenzial, das FAIR für die Forschung weltweit bietet, hervor: „FAIR eröffnet unter Einbeziehung einer weltweiten Community auf Jahrzehnte hinaus herausragende Forschung. Mit der FAIR-Anlage werden Forschende aus der ganzen Welt in der Lage sein, Schlüsselfragen über die Struktur des Universums zu untersuchen, indem sie die fundamentalen Prozesse im Labor erzeugen, aber auch Anwendungen etwa in Medizin, Materialforschung und IT voranzutreiben. FAIR ist zugleich ein idealer Ausbildungsort für die nächsten Generationen von Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen. Schon das aktuelle Forschungsprogramm FAIR-Phase 0 bietet hervorragende Forschungsprogramme; in den kommenden Jahren wird FAIR schrittweise in Betrieb gehen und einzigartige Möglichkeiten für Wissenschaft und Technologie eröffnen.“ (BP)
Bettina Stark-Watzinger, Bundesministerin für Bildung und Forschung, sagte: „Der Aufbau von FAIR unterstreicht Deutschlands herausragende Stellung in der physikalischen Grundlagenforschung. Mit dem Bau solcher Einrichtungen investieren wir in die Zukunft unseres Landes. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt FAIR, damit es sich zu einem Magneten für die weltweit besten Wissenschaftler entwickeln kann. Mit der Grundsteinlegung haben wir heute gemeinsam mit Hessen einen weiteren wichtigen Schritt dazu getan.“
Angela Dorn, Hessische Ministerin für Wissenschaft und Kunst, betonte: „Mit FAIR entsteht eine weltweit einzigartige Anlage, die auch für die hessische Forschungslandschaft von herausragender Bedeutung ist. Mit dem Teilchenbeschleuniger wird es möglich sein, den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute zu erforschen. Es geht um Grundlagenwissen, darum, was die Welt im Innersten zusammenhält, ebenso wie um die Entwicklung neuartiger Anwendungen für Technik und Medizin. Die internationale Zusammenarbeit der weltweiten Forschungsgemeinschaft bei diesem Projekt ist eine wichtige Grundlage für ihren Erfolg, birgt angesichts der aktuellen Weltlage aber auch Herausforderungen. Wir begrüßen, dass das Council von FAIR sich konstruktiv mit ihnen auseinandersetzt, um diese herausragende wissenschaftliche Anlage zu realisieren.“
Michael Boddenberg, Hessischer Minister der Finanzen, unterstrich: „Die Grundsteinlegung für das FAIR Control Center schafft die Basis für bahnbrechende wissenschaftliche Erkenntnisse. Es bildet die Schnittstelle zum internationalen FAIR-Projekt und wird unseren Wissenschafts- und Wirtschaftsstandort durch Spitzenforschung nachhaltig stärken. Gemeinsam mit dem Bund und in Kooperation mit den internationalen Partnern hat die Hessische Landesregierung den Forschungsbetrieb von GSI und den Aufbau von FAIR stets unterstützt. Ich möchte allen Beteiligten des Projekts danken, die dazu beigetragen haben, dass wir heute diesen wichtigen Baufortschritt gemeinsam feiern können.“
Jochen Partsch, Oberbürgermeister der Wissenschaftsstadt Darmstadt, hob hervor: „Das wegweisende FAIR-Control-Center-Vorhaben bestätigt unsere Standortqualitäten als wichtigen Anlaufpunkt der internationalen Forschungsspitze und wird Forschung und Wissenschaft in eine neue Dimension katapultieren. Ich bin stolz darauf miterleben zu können, dass die Wissenschaftsstadt Darmstadt die Tür zum Universum weiter öffnet und die einmalige Möglichkeit bietet Spitzenforschung zu betreiben.“
Volker Pohlschmidt, Geschäftsführer der Bauunternehmung Karl Gemünden GmbH & Co. KG, sagte: „Als ausführendes Rohbauunternehmen für den Bau des FAIR Control Centers FCC bedanken wir uns für die Möglichkeit, an diesem zukunftsträchtigen Bauwerk mitwirken zu können. Wir schätzen uns sehr glücklich, dass die öffentliche Hand auf unser Leistungsspektrum vertraut. Sie stellt für uns, gerade in Krisenzeiten, einen wichtigen Auftraggeber dar.“
Das internationale Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung entsteht, wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist der bereits im Rohbau fertig gestellt Ringbeschleuniger SIS100 mit 1100 Meter Umfang. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen als Vorbeschleuniger. Ingenieur*innen und Wissenschaftler*innen treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Forschende aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.
Zusätzliches Bildmaterial finden Sie unter www.gsi.de/fcc-footage
]]>Der sozioökonomische Einfluss von FAIR ist die Summe der Auswirkungen des Projekts auf alle und alles in Kontakt zum Projekt. Der sozioökonomische Einfluss bezieht sich auf Arbeitsplätze für Menschen in der Rhein-Main-Region, in Deutschland und im Ausland. Er umfasst die Ausbildung junger Menschen, die bei FAIR unter der Anleitung von Handwerksmeister*innen in ihren Werkstätten und von Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen ausgebildet werden. Es geht um die Auswirkungen der bei FAIR und GSI gemachten Entdeckungen auf innovative Materialien, medizinische Behandlungen und Energie. Dazu gehören beispielsweise positive Effekte durch Erfindungen wie das energieeffiziente Hochenergie-Rechenzentrum Green IT Cube bei GSI/FAIR.
Diese Faktoren zu messen und nachzuweisen, ist eine Herausforderung. FAIR ist jedoch bestrebt, Wege zu finden, um seine sozioökonomischen Auswirkungen zu ermitteln und sie positiv weiterzuentwickeln. Zu diesem Zweck hat FAIR einen EU-Zuschuss erhalten, um eine Methodik zu entwickeln, die sich auf die Auswirkungen von Innovationen konzentriert. Das Projekt trägt den Namen CASEIA (Comparative Analysis of Socio-Economic Impact in ATTRACT), wird bis September 2024 laufen und mit 120.000 € gefördert werden. CASEIA ist Teil von ATTRACT, das aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union finanziert wird. Leiterin des Studienkonsortiums ist Dr. Sonia Utermann (FAIR). Weitere Konsortiumsmitglieder sind das Steinbeis-Forschungszentrum Technologie-Management Nordost (Rostock), das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (Karlsruhe) und der Human Sciences Research Council (Stellenbosch, Südafrika).
CASEIA zielt darauf ab, dass die Ergebnisse für die künftige strategische Innovationsprogramme bei FAIR und anderen großen Forschungsinfrastrukturen relevant sind und dass Methoden entwickelt werden, die auf andere Bereiche mit sozioökonomischen Auswirkungen übertragbar sind. (CP)
]]>In der Fachzeitschrift Nature berichtet die BASE-Kollaboration am CERN über den weltweit genauesten Vergleich zwischen Protonen und Antiprotonen: Die Verhältnisse von Ladung zu Masse von Antiprotonen und Protonen sind auf elf Stellen identisch. Diese neue Messung verbessert die Genauigkeit des bisher besten Werts um mehr als einen Faktor vier. Der über einen Zeitraum von eineinhalb Jahren gesammelte Datensatz ermöglicht außerdem einen Test des schwachen Äquivalenzprinzips, das besagt, dass sich Materie und Antimaterie unter Schwerkraft gleich verhalten. Auch Forschende von GSI/FAIR sind aktiv an der BASE-Kollaboration beteiligt.
Symmetrie und Schönheit sind eng miteinander verbunden, nicht nur in der Musik, der Kunst und der Architektur, sondern auch in den grundlegenden physikalischen Gesetzen, die unser Universum beschreiben. Es ist in gewisser Weise ironisch, dass wir unsere Existenz einer gebrochenen Symmetrie in der besten fundamentalen Theorie, die es gibt, dem Standardmodell (SM) der Teilchenphysik, zu verdanken scheinen. Einer der Eckpfeiler des SM ist die Invarianz bei Umkehr von Ladung, Parität und Zeit (CPT). Auf die Gleichungen des SM angewandt, verwandelt die CPT-Transformation Materie in Antimaterie. Als Folge der CPT-Symmetrie haben Paare von Materie und Antimaterie die gleichen Massen, Ladungen und magnetischen Momente, die beiden letzteren mit entgegengesetztem Vorzeichen. Eine weitere Folge von CPT: Trifft ein Teilchen auf sein Antiteilchen, vernichten sie sich zu reiner Energie und anderen Teilchen-Antiteilchen-Paaren, was in zahlreichen Laborexperimenten bestätigt wurde. In diesem Sinne ist die Existenz unseres Universums keineswegs selbstverständlich. Wir haben Grund zu der Annahme, dass beim Urknall Materie und Antimaterie in gleichen Mengen entstanden sind. Warum nur die Materie übrig blieb, aus der unser Sonnensystem und die Himmelskörper im Universum bestehen, ist noch ungeklärt.
Ein weiteres heißes Thema in der modernen Physik ist die Frage, ob sich Materie und Antimaterie unter Schwerkraft gleich verhalten. In ihrem neuen Artikel vergleichen die BASE-Wissenschaftler*innen die Ladung-zu-Masse-Verhältnisse von Antiprotonen und Protonen sowie – während des Umlaufs der Erde um die Sonne – die Ähnlichkeit von Uhren aus Antimaterie und Materie. Sie sind also beiden Fragen gleichzeitig mit einer Messung nachgegangen.
Für seine hochpräzisen Untersuchungen verwendete das Team um Stefan Ulmer, leitender Wissenschaftler am RIKEN in Japan und Sprecher der BASE-Kollaboration, eine Penning-Falle, also einen elektromagnetischen Behälter, der ein einzelnes geladenes Teilchen speichern und nachweisen kann. Ein Teilchen in einer solchen Falle schwingt mit einer charakteristischen Frequenz, die durch seine Masse definiert ist. „Abhören“ der Schwingungsfrequenzen von Antiprotonen und Protonen in derselben Falle ermöglicht es, deren Massen zu vergleichen. „Durch Beladen eines zylindrischen Stapels mehrerer solcher Penning-Fallen mit Antiprotonen und negativen Wasserstoffionen konnten wir einen Massenvergleich innerhalb von nur vier Minuten durchführen, also 50 Mal schneller als bei früheren Proton/Antiproton-Vergleichen anderer Gruppen“, erläutert Stefan Ulmer. „Seit unseren früheren Messungen haben wir außerdem den Versuchsaufbau technisch erheblich verbessert. Dies erhöht die Stabilität des Experiments und verringert systematische Verschiebungen in den Messwerten.“ Mit diesem optimierten Instrument hat das BASE-Team im Verlauf von eineinhalb Jahren einen Datensatz von rund 24.000 einzelnen Frequenzvergleichen erfasst. Durch Kombination aller Messergebnisse fanden die Forschenden, dass das Ladung-zu-Masse-Verhältnis von Antiprotonen und Protonen identisch ist, und zwar mit einer Genauigkeit von 16 Teilen in einer Billion, also einer Zahl mit 11 signifikanten Stellen. Das verbessert die Genauigkeit der bisher besten Messung – ebenfalls von BASE – um mehr als einen Faktor vier: ein erheblicher Fortschritt in der Präzisionsphysik.
Ein Teilchen, das in einer Penning-Falle schwingt, kann man als „Uhr“ betrachten, ein Antiteilchen als „Anti-Uhr“. Bei starker Gravitation gehen die Uhren langsamer. Während der Langzeitmessung von eineinhalb Jahren war die Erde auf ihrer elliptischen Bahn unterschiedlich starker Anziehungskraft der Sonne ausgesetzt. Falls Antimaterie und Materie verschieden auf Schwerkraft reagieren, würden die Materie- und Antimaterie-Uhren entlang der Flugbahn der Erde unterschiedliche Frequenzverschiebungen erfahren. Die BASE-Forschenden konnten bei der Analyse ihrer Daten aber keine derartige Frequenzanomalie feststellen. So konnten sie erstmals direkte und weitgehend modellunabhängige Grenzen für ein anomales Verhalten von Antimaterie unter Schwerkraft setzen – oder anders ausgedrückt: im Rahmen der Messgenauigkeit die Gültigkeit des schwachen Äquivalenzprinzips für Uhren bestätigen.
„Um mit noch höherer Präzision messen zu können, müssen wir die Antiprotonen aus der Beschleunigerumgebung der Antimaterie-Fabrik des CERN in ein ruhiges Labor bringen“, beschreibt Dr. Christian Smorra, Physiker am Exzellenzcluster PRISMA+ der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz und stellvertretender Sprecher der BASE-Kollaboration, die nächsten Schritte. „Dazu konstruiert das BASE-Team derzeit die transportable Antiprotonenfalle BASE-STEP.“ Zunächst ist geplant, die Antiprotonen in ein ruhiges Labor am CERN zu verlagern. Wenn das geklappt hat, können die Antiprotonen auch an andere Fallenlabore verteilt werden. „Wir werden die Transportfalle nutzen, um noch genauere Messungen mit Antiprotonen zu machen. So wollen wir sicherstellen, dass uns bei den Antiteilchen keine neue Physik durch die Lappen geht.“
Die BASE-Kollaboration besteht aus Forschenden des RIKEN Fundamental Symmetries Laboratory, des European Center for Nuclear Research (CERN), des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), der Universität Tokyo, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt, der Leibniz-Universität Hannover, der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Braunschweig und der ETH Zürich. Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des Max-Planck-RIKEN-PTB Center for Time, Constants and Fundamental Symmetries durchgeführt. (MPIK/JGU/BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in Nature (in Englisch)
BASE-Experiment am CERN (in Englisch)
Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik, Heidelberg
Pressemitteilung der Johannes-Gutenberg-Universität, Mainz
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Mit einem „Giersch Award for an Outstanding Doctoral Thesis“ in Höhe von jeweils 6000 Euro wurden diesmal vier junge Nachwuchswissenschaftler*innen für ihre fertiggestellten Dissertationen ausgezeichnet, die ihre außergewöhnliche wissenschaftliche Begabung unter Beweis gestellt haben: Dr. Frédéric Julian Kornas („Global polarization of Λ hyperons as a probe for vortical effects in A+A collisions at HADES“, TU Darmstadt), Dr. Daria Kostyleva („Experimental Studies of Proton-Unbound Nuclei via In-Flight Decay Spectroscopy“, Justus-Liebig-Universität Gießen), Dr. Tabea Pfuhl („Influence of secondary electron spectra on the enhanced effectiveness of ion beams”, TU Darmstadt) und Dr. Lukas Weih („Multimessenger Approaches to Exploring Dense Matter in Neutron Stars“, Goethe-Universität Frankfurt)
Weitere 24 vielversprechende junge Forschende, die sich derzeit in der Promotionsphase an den Universitäten in der Region befinden, konnten sich über einen „Giersch Excellence Grant“ in Höhe von jeweils 2500 Euro freuen: Nora Weickgenannt, Jan Fotakis, Jan-Erik Christian, Carolin Schlosser, Marc Winstel, Tim Rogoschinski, Matthias Kleiner, Michael Jung, Patrick Müller, Thorsten Conrad, Manjunath Omana Kuttan, Simon Spies, Sabrina Huth, Jan Hoppe, Leon Kirsch, Verena Velthaus, Patrick Müller, Maximilian Wiest, Wilhelm Krüger, Simon Lauber, Julian List, Gabriella Kripko-Koncz, Esther Menz und Nico Santowsky.
Die Nachwuchswissenschaftler*innen wurden durch eine Auswahlkommission aus Fachvertretern der Goethe-Universität Frankfurt und der Technischen Universität Darmstadt unter dem Vorsitz von Professor Henner Büsching ausgewählt. Aus Pandemiegründen wurde die traditionelle Preisverleihung nicht in Präsenzform veranstaltet.
Die Helmholtz-Graduiertenschule für Hadronen- und Ionenforschung "HGS-HIRe for FAIR" ist ein Gemeinschaftsprojekt des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, der Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg und Mainz sowie des FIAS. Ziel ist die Förderung der strukturierten Doktorandenausbildung speziell für die mit GSI und FAIR verbundene Forschung. Aktuell arbeiten in diesem Rahmen über 300 Doktorand*innen an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR.
Die Stiftung Giersch wurde 1994 vom Stifterehepaar Senator E.h. Professor Carlo Giersch und seine Frau Senatorin E.h. Karin Giersch gegründet und engagiert sich auf den Gebieten Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur sowie der Förderung medizinischer Projekte im Rhein-Main-Gebiet. (BP)
Homepage von HGS-HIRe for FAIR (auf Englisch)
]]>Mentoring Hessen fördert Frauen auf ihren Karrierewegen in Wissenschaft und Wirtschaft. Von Anfang an, seit 1998, haben Kolleginnen von GSI und FAIR am Mentoring Hessen und dessen Vorläuferprojekten aktiv teilgenommen. Seit über 20 Jahren ist GSI auch Kooperationspartner, seit 2017 ist Christina Trautmann, Leiterin der Materialforschung, für GSI Mitglied in der Steuerungsgruppe.
Immer wieder ist es in der Vergangenheit zu spannenden Begegnungen zwischen Mentorinnen und Mentees gekommen. Und manchmal finden Mentees den Arbeitsplatz ihrer Mentorin so interessant, dass sie sich nach Ablauf des Mentoring-Jahres erfolgreich um einen Arbeitsplatz oder eine Promotionsstelle bei GSI/FAIR bemühen. (KG/CP)
Wir verurteilen den Angriffskrieg von Russland auf die Ukraine und den Bruch des Völkerrechts seitens der russischen Regierung. Deshalb stehen wir voll und ganz hinter den von der deutschen Regierung und ihren internationalen Partnern verhängten Sanktionen. Diese werden einen starken Einfluss auf unsere eigenen Aktivitäten haben, aber wir sind davon überzeugt, dass diese Mittel in der gegenwärtigen Situation notwendig sind.
In Übereinstimmung u.a. mit der Allianz der Wissenschaftsorganisationen wird GSI/FAIR mit sofortiger Wirkung jegliche Zusammenarbeit mit russischen staatlichen Institutionen und Wirtschaftsunternehmen aussetzen. Laufende bilaterale Kooperationsprojekte mit Forschenden von russischen Institutionen werden mit sofortiger Wirkung eingefroren, dazu werden keine neuen bilateralen Kooperationsprojekte abgeschlossen. Bei multilateralen Projekten, an denen Russland beteiligt ist, und zu denen auch das FAIR-Projekt gehört, wird sich GSI/FAIR mit den anderen Partnern bezüglich der weiteren Umsetzung der völkerrechtlichen Verträge abstimmen. Je nach der weiteren Entwicklung der Situation werden die Maßnahmen angepasst.
Wir sind sehr traurig und besorgt über die tragischen Ereignisse in der Ukraine. Auch bei GSI/FAIR sind Mitarbeitende vom Krieg in der Ukraine betroffen, ob direkt, weil Familien oder Freunde in den umkämpften Gebieten leben, oder durch berufliche oder persönliche Verbindungen zur Ukraine oder zu Russland. Unsere Gedanken sind bei allen Menschen, die direkt oder indirekt betroffen sind, mit unserem tiefsten Mitgefühl und unserer Unterstützung in diesen schwierigen Zeiten.
Prof. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer GSI/FAIR
Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer GSI/FAIR
Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer GSI/FAIR
]]>Die Physikerin Prof. Dr. Hannah Elfner erforscht Prozesse, die die allerkleinsten Teilchen des Universums betreffen, insbesondere stark wechselwirkende Teilchen unter extremen Temperatur- und Dichtebedingungen, wenn sie das so genannte Quark-Gluon-Plasma bilden, ein Zustand, der wahrscheinlich kurz nach dem Urknall im Universum herrschte. Für ihre herausragende Forschung zu diesen Prozessen, die es uns ermöglichen, die Entwicklung des Universums in seinen ersten Momenten besser zu verstehen, wird die Physikerin nun von der Alfons und Gertrud Kassel-Stiftung als „Scientist of the Year“ 2021 an der Goethe-Universität Frankfurt ausgezeichnet. Hannah Elfner forscht und lehrt an der Goethe-Universität in Frankfurt und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.
Maschinenbauingenieurin, Pilotin oder Physikerin? Dass sich Hannah Elfner nach dem Abitur für das Physikstudium entschieden hat und sie dann bald zielsicher das Quark-Gluon-Plasma erforschen wollte, ist ein Glücksfall für dieses Forschungsgebiet. Denn bereits in ihrer preisgekrönten Dissertation wies die Physikerin daraufhin, dass die Abläufe im Quark-Gluon-Plasma weitaus komplexer sind als damals angenommen. Für weitere Erkenntnisse über den extrem kurzen Moment nach dem Urknall erhielt sie neben anderen Preisen 2016 den renommierten Heinz Maier-Leibnitz-Preis für Nachwuchswissenschaftler.
Zu dieser Zeit erforschte sie schon seit vier Jahren als Helmholtz Young Investigator in Frankfurt, wie sich Schwerionenkollisionen, mit denen experimentelle Physiker Prozesse nach dem Urknall simulieren können und bei denen das Quark-Gluon-Plasma entsteht, mit mathematischen Modellen beschreiben lassen. Als eine der jüngsten Physikprofessorinnen in Deutschland berufen, besetzt Elfner eine Doppelstelle an der Goethe-Universität, dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS). Inzwischen lehrt und forscht sie auf einer unbefristeten, gemeinsamen Professur von Goethe-Universität und GSI, wo sie unter anderem in das Cluster-Projekt „Elements“ eingebunden ist. Seit wenigen Monaten koordiniert sie zudem die Theorieabteilung am GSI Helmholtzzentrum, wo sie zuvor mehrere Jahre lang eine Helmholtz Young Investigator Gruppe leitete.
Ein Glücksfall ist Hannah Elfner aber auch für das Team ihrer Nachwuchswissenschaftler*innen. In der Laudatio zur „Scientist of the Year“-Auszeichnung beschreiben ehemalige und aktuelle Mitarbeitende eindrücklich die individuelle Zuwendung, die die Physikprofessorin jedem einzelnen ihrer Studierenden und Promovierenden zukommen lässt – was unter anderem ein Grund dafür ist, dass Hannah Elfner nun als „Scientist of the Year“ ausgezeichnet wird. Universitätspräsident Enrico Schleiff sagt: „Frau Elfner ist eine exzellente junge Wissenschaftlerin, die sich sehr für ihr Fach und ihr Team einsetzt und mit ihrer Expertise ideal zu unseren Forschungsschwerpunkten beiträgt. Dass dieses Engagement von der Kassel-Stiftung gewertschätzt und unterstützt wird, freut mich natürlich ganz besonders.“
Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, gratuliert herzlich zu der Auszeichnung: „Ich freue mich über diese besondere Würdigung der wissenschaftlichen Arbeit von Hannah Elfner. Die Theorieabteilung der GSI/FAIR, die Professorin Elfner nun leitet, ist ein wesentliches Element für den Gesamterfolg unserer Forschungseinrichtung und steht in ständiger enger Wechselwirkung mit den experimentellen Aktivitäten. Das künftige Beschleunigerzentrum FAIR wird den Forschenden noch nie dagewesene Möglichkeiten zur Untersuchung von Schlüsselprozessen bieten, die unser Universum bestimmen. Die Arbeit von Hannah Elfner ist dabei ein wichtiger Baustein, der grundlegende Tools für das Verständnis der experimentellen Ergebnisse liefert."
Den Preis „Scientist oft the Year“ vergibt die Alfons und Gertrud Kassel-Stiftung alle zwei Jahre an Forschende an der Goethe-Universität in Frankfurt und an deren nahe stehenden Einrichtungen, die sich ergänzend zur eigenen herausragenden wissenschaftlichen Arbeit auch um die Nachwuchsförderung verdient machen. Ein Teil des Preisgeldes in Höhe von 25.000 Euro soll deshalb auch in die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses fließen. Die für Anfang Dezember geplante feierliche Übergabe des Preises wurde pandemiebedingt nun auf das Frühjahr verschoben. (BP/GU)
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Der FAIR-Council und der GSI-Aufsichtsrat sind erfreut, dass der international renommierte Wissenschaftler und ehemalige CERN-Experimentleiter Professor Giubellino ihren Vorschlag angenommen hat, auch künftig als Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR tätig zu sein. „Wir sind überzeugt, dass unter Leitung von Professor Giubellino der Standort GSI/FAIR auch weiterhin für exzellente Wissenschaft auf internationalem Spitzenniveau steht und diese Position in den nächsten Jahren weiter ausbauen wird. Die vielversprechenden Vorbereitungen des zukünftigen Forschungsbetriebs an der FAIR-Anlage sind das Ergebnis des großen Engagements der Mitarbeitenden von GSI und FAIR, aber ganz besonders auch sein Verdienst. Dabei sprechen die exzellenten Forschungsergebnisse der FAIR-Phase 0 für sich“, betonte Ministerialdirigent Dr. Volkmar Dietz, Unterabteilungsleiter im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und Vorsitzender des GSI-Aufsichtsrats sowie Chair des FAIR-Councils.
Mit begeisterter Motivation blickt Professor Giubellino auf seine zweite Amtszeit. „Die kommenden Jahre sind entscheidend, um die Wissenschaft an FAIR als eines der besten wissenschaftlichen Labors der Welt maßgeblich zu schärfen, zusammen mit der breiten internationalen FAIR-Wissenschaftsgemeinschaft. FAIR hat ein enormes Potenzial, bahnbrechende Ergebnisse in einem breiten Spektrum von Forschungsbereichen zu erzielen. Für mich als Wissenschaftler ist es eine einzigartige Gelegenheit, für den Erfolg von FAIR zu arbeiten.“ Als wichtige Ziele für seine kommende Amtszeit nennt er, die wissenschaftlichen Möglichkeiten bei FAIR und GSI weiter auszugestalten und die Bedingungen zu schaffen, die die Experimentatoren für Spitzenforschung benötigen.
In den vergangenen Jahren führte Professor Giubellino das wissenschaftliche Programm von FAIR in die erste Umsetzung, die sogenannte FAIR-Phase 0, durch die die Forschung auf dem GSI/FAIR-Campus wiederaufgenommen wurde und die es der Forschungsgemeinschaft ermöglichte, wissenschaftliche Spitzenergebnisse zu erzielen und ihre Bindung an den Campus zu stärken. Diese erste Stufe des Experimentierprogramms schreibt seit drei Jahren Erfolgsgeschichten, selbst unter schwierigen Corona-Bedingungen: Dank der von den großen internationalen FAIR-Kollaborationen bereits entwickelten Detektoren und Instrumentierungen sowie der verbesserten Teilchenbeschleuniger ist es bereits möglich, physikalisches Neuland zu betreten. Der wissenschaftliche Output ist beeindruckend stark, viele wissenschaftliche Meilensteine wurden erreicht, und zahlreiche renommierte nationale und internationale Preise wurden an Forschende bei GSI und FAIR vergeben.
Gemeinsam mit Dr. Ulrich Breuer als Administrativem Geschäftsführer und Jörg Blaurock als Technischem Geschäftsführer wird Professor Giubellino GSI und FAIR weiterhin führen. In der zweiten Amtszeit von Professor Giubellino wird sein Schwerpunkt darauf liegen, die Experimente für den Start der FAIR-Anlage vorzubereiten. Auch die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses für FAIR wird weiterhin eine entscheidende Rolle spielen, in enger Verbindung mit den Partneruniversitäten in Hessen und Deutschland, durch gezielte internationale Vereinbarungen und die Einrichtung von Förderprogrammen, um hochqualifizierten wissenschaftlichen und technischen Nachwuchskräften den Weg zur GSI/FAIR zu ebnen. Die internationale Ausrichtung und Sichtbarkeit von GSI/FAIR soll konsequent vorangetrieben werden, so Professor Giubellino, der neben seiner wissenschaftlichen Expertise über umfangreiche Erfahrungen mit internationalen Kooperationen verfügt und bereits viele Schlüsselrollen in multilateralen Forschungsprogrammen übernommen hat.
Professor Giubellino ist seit Januar 2017 Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und der Facility for Antiproton and Ion Research in Europe GmbH (FAIR GmbH). Seine Forschungsschwerpunkte sind die Physik hochenergetischer Schwerionenstöße und die dabei erzeugte Materie. Nach seinem Studium an der Universität Turin und der University of California in Santa Cruz war er an zahlreichen Schwerionenexperimenten am europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz beteiligt. Beim dortigen ALICE-Experiment hat er seit Anfang der 1990er Jahre verschiedene verantwortliche Positionen übernommen. Seit 2011 war Professor Giubellino der Sprecher von ALICE bei CERN. Zudem ist er seit 1985 auch in der Sektion Turin am italienischen nationalen Kernphysikinstitut (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) tätig. Für seine Arbeiten konnte er bereits zahlreiche Auszeichnungen entgegennehmen. So erhielt er unter anderem 2014 den Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, außerdem den Enrico-Fermi-Preis, die höchste Würdigung der Italienischen Physikalischen Gesellschaft (2013). Er ist Mitglied der Accademia delle Scienze di Torino, die von dem berühmten Mathematiker und Astronomen Joseph-Louis Lagrange gegründet wurde. Im Jahr 2012 wurde er vom italienischen Staatspräsidenten für seine wissenschaftlichen Verdienste zum „Commendatore della Repubblica Italiana“ ernannt und 2016 in die Academia Europaea gewählt. (BP)
]]>Nach einführenden Informationen über das FAIR-Projekt, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielt die CDU-Politikerin direkte Einblicke in die aktuellen FAIR-Bauaktivitäten auf dem 20 Hektar großen Baufeld östlich des bestehenden GSI- und FAIR-Campus.
Europaministerin Lucia Puttrich zeigte sich beeindruckt von dem weltweit einmaligen Forschungsprojekt: „Das internationale Beschleunigerzentrum FAIR gehört zu den beeindruckendsten Forschungseinrichtungen in der Welt. Neben dem Bund und dem Land Hessen unterstützen auch europäische Forschungsförderprogramme seit vielen Jahren das GSI Helmholtzzentrum und FAIR. Über 27 Millionen Euro stammen aus europäischen Mitteln. Mit dem neuen Teilchenbeschleuniger entsteht in unserem Land eine der weltweit größten Anlagen zur physikalischen Grundlagenforschung. Hessen ist damit einer der Top-Standorte für die Wissenschaft in Europa. Bereits heute können Wissenschaftler aus der ganzen Welt die Forschungsanlagen nutzen. Das ist gelebte internationale Zusammenarbeit in der Wissenschaft und ich bin stolz darauf, dass wir mit unserem intensiven Werben in Berlin und Brüssel auch ein Stück zum Gelingen des Vorhabens beigetragen haben“, sagte Europaministerin Lucia Puttrich.
Bei ihrem Besuch hatten die Gäste zunächst Gelegenheit, sich von der Aussichtsplattform am Rand des Baufeldes einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und im südlichen Baubereich zu verschaffen, bevor sie bei einer Rundfahrt über die Baustelle, an der auch FAIR-Baustellenleiter Dr. Harald Hagelskamp teilnahm, die Baufortschritte aus nächster Nähe in Augenschein nehmen konnten. Dabei standen auch die Begehung des im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels und des Transfergebäudes auf der Agenda.
Das Transfergebäude ist das komplexeste Gebäude der Anlage und der zentrale Knotenpunkt der Anlagenstrahlführung. Der große, 1,1 Kilometer lange Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein. Der 2021 erfolgte Ringschluss stellt ein wichtiges Etappenziel im Realisierungsablauf des gesamten FAIR-Projekts dar, demnächst wird der Einbau der Technischen Gebäudeausrüstung beginnen.
Die FAIR-Anlage wird Forschenden aus aller Welt einzigartige Experimentiermöglichkeiten bieten, um Materie, wie sie sonst nur im Universum vorkommt, im Labor zu erzeugen und zu erforschen. In großen Planeten, Sternen und Sternexplosionen ist Materie extremen Bedingungen ausgesetzt, zum Beispiel extrem hohen Temperaturen, Drücken oder Dichten. An der FAIR-Anlage können Forschende genau diese Bedingungen herstellen. Dazu schießen sie Ionen, das heißt elektrisch geladene Atome, auf kleine Materialproben. Im winzigen Aufprallpunkt entsteht dann für einen kurzen Moment die kosmische Materie. Die Wissenschaftler*innen erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. (BP)
]]>Im Rahmen der ALICE-Masterclass konnten 44 Schülerinnen einen Einblick in die physikalische Arbeit und Datenauswertung bekommen. Unter fachkundiger Begleitung durch die Wissenschaftler*innen werteten sie selbst Messdaten des ALICE-Experiments aus und diskutierten ihre Ergebnisse in einer internationalen Videokonferenzschaltung mit Forschenden am CERN, in Indien und in Griechenland.
ALICE ist eines der vier Großexperimente am Kollisionsbeschleuniger LHC des Forschungszentrums CERN in Genf und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Bleiatomkernen. Wenn im LHC Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen. (CP)
Für die Erzeugung eines neu entwickelten und verbesserten Kontrastmittels für die Magnetresonanztomographie (MRT) mit Wasserstoffgas erhalten die Wissenschaftler*innen Dmitry Budker (Physiker, HIM), James Eills (Chemiker, HIM), John Blanchard (Chemiker, HIM), Danila Barskiy (Physikochemiker, HIM), Kerstin Münnemann (Chemikerin, Universität Kaiserslautern), Francesca Reineri (Chemikerin, Universität Turin), Eleonora Cavallari (Pharmazeutische und Biomolekularwissenschaftlerin, Universität Turin), Silvio Aime (Biowissenschaftler, Universität Turin), Gerd Buntkowsky (Physikochemiker, TU Darmstadt), Stephan Knecht (Physiker, TU Darmstadt und NVision, Ulm), Malcolm H. Levitt (Chemiker, Universität Southampton) und Laurynas Dagys (Chemiker, Universität Southampton) den mit 50.000 Euro dotierten Erwin-Schrödinger-Preis.
Die Kernspinresonanz gehört zu einer Standardmethode der Analytik, um die Struktur und Dynamik von Materialien und lebenden Objekten zu ermitteln. Inklusive der Kernspintomographie wird die Methode unter anderem in der Chemie, der Biochemie und der Medizin eingesetzt. Bei beiden Verfahren eignen sich Flüssigkeiten besonders gut als Kontrastmittel für die Untersuchung. Allerdings stoßen die bisherigen Methoden an ihre Grenzen: Die Wechselwirkung von Kernspins mit ihrer Umgebung ist sehr schwach und die Methoden weisen daher eine geringe Empfindlichkeit auf. Hier setzt die Neuentwicklung an: Zur Überwindung dieser Einschränkung haben die Forschenden eine Reihe von sogenannten „Hyperpolarisierungstechniken“ entwickelt. Dabei handelt es sich um chemische und physikalische Verfahren, mit denen Atome und Moleküle so präpariert werden können, dass ihre Magnetresonanzsignale um einen Faktor von etwa einer Million verstärkt werden und dies auch noch kostengünstig.
Hyperpolarisationstechniken sind sehr aufwendig und können zurzeit nur in wenigen Kliniken weltweit eingesetzt werden. Möglich wurde dieses Projekt erst durch die Kooperation des Teams aus Chemiker*innen, Physiker*innen, Ingenieur*innen, Biolog*innen und Mitarbeitenden aus der klinischen Praxis. Das Team setzt sich zusammen aus Expert*innen aus Deutschland, England, Italien, und den USA, beteiligt sind das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, das Helmholtz Institut Mainz, die Technische Universität Darmstadt, die Technische Universität Kaiserslautern, die Universität Southampton und die Universität Turin. Das Helmholtz-Institut Mainz an dem die Preisträger*innen forschen, wird gemeinsam vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz getragen.
“Das Ziel unserer wissenschaftlichen Arbeit ist es, sowohl für den medizinischen Anwendungsbereich als auch für Forschungszwecke einfach herzustellende, sichere und langlebige hyperpolarisierte Moleküle zur Verfügung zu stellen“, sagt Dmitry Budker, Professor für Experimentelle Atomphysik am Exzellenzcluster PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und Sektionsleiter am Helmholtz-Institut Mainz (HIM). „Unsere Methode stellt dabei einen großen Schritt und eine entscheidende Verbesserung dar. Erreichen konnten wir dies durch die fachbereichs- und länderübergreifende Zusammenarbeit. Wir sind sehr froh und stolz, dass unsere langjährige und intensive Forschungszusammenarbeit mit dem renommierten Erwin-Schrödinger-Preis ausgezeichnet wird.“
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagt: „Die beeindruckenden Ergebnisse dieses hervorragenden Forschungsteams zeigen anschaulich die übergeordnete Bedeutung enger weltweiter Vernetzung in der Wissenschaftsgemeinschaft. Das Helmholtz-Institut Mainz bietet den Forschenden in dieser besonderen Kooperation ein Umfeld, um Spitzenleistungen zu ermöglichen. Ich bin daher hocherfreut und stolz, dass diese großartige wissenschaftliche Leistung mit dem Erwin-Schrödinger-Preis geehrt wird, und übermittle allen beteiligten Forschenden meine Glückwünsche.“
„Die beeindruckende Forschungsarbeit dieses internationalen Gewinnerteams zeigt erneut, was Wissenschaft bewegen kann, wenn sie über Disziplinen hinweg und Landesgrenzen hinaus zusammenarbeitet“, sagt Otmar D. Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Die enorme Verstärkung der Magnetresonanzsignale stellt eine entscheidende Verbesserung für den medizinischen Anwendungsbereich dar. Ich gratuliere den Preisträgerinnen und Preisträgern sehr herzlich.“
„Dem international besetzten Forschungsteam ist es herausragend gelungen, Expertise aus den verschiedenen Bereichen der Naturwissenschaften erfolgreich zusammenzubringen“, sagt Michael Kaschke, Präsident des Stifterverbandes. „Mit diesem hochengagierten, interdisziplinären Ansatz konnte die Analytik in der Magnetresonanztomographie für Medizin und Forschung auf entscheidende Weise verbessert werden. Genau diese herausragenden Projekte wollen wir mit diesem Preis würdigen und sichtbar machen.“
Mit dem Erwin-Schrödinger-Preis würdigen Helmholtz und der Stifterverband gemeinsam herausragende wissenschaftliche Leistungen. Der Preis soll in besonderer Weise die interdisziplinäre Forschung honorieren, die in Grenzgebieten zwischen verschiedenen Fächern der Medizin, Natur- und Ingenieurwissenschaften erzielt worden sind und an denen Vertreter mindestens zweier Fachrichtungen mitgewirkt haben. (CP)
Neben den supraleitenden Dipolmodulen gehören die supraleitenden Quadrupolmodule zu den wichtigsten Komponenten des SIS100. Während es bei den Dipolmodulen nur zwei unterschiedliche Typen gibt, umfasst die Serie der Quadrupolmodule elf verschiedene Typen. Davon weisen zwei Module, für die Bereiche Injektion und Extraktion, eine besonders anspruchsvolle mechanische Konstruktion auf. Die Serienproduktion und das Kalttesten der 110 Dipolmodule konnten 2021 erfolgreich abgeschlossen werden, für die Quadrupolmodule hat sie nun begonnen.
Wesentliche Komponenten der sehr komplexen Quadrupolmodule sind die supraleitenden Quadrupoleinheiten. Jedes Modul beinhaltet zwei Quadrupoleinheiten. Diese wiederum enthalten neben den zur Strahlfokussierung benötigten Quadrupolmagneten in unterschiedlichen Konfigurationen auch noch supraleitende Korrekturmagnete, beispielsweise die für die Bahnkorrektur erforderlichen „Steerer“-Magnete oder Sextupolmagnete zur Korrektur der Chromatizität, also der Fokussierunterschiede durch die Energieverteilung der Teilchen im Strahl. Ergänzt werden diese Korrekturmagnete um weitere, an den Bogenenden platzierte, supraleitende Magnete.
Alle supraleitenden Fokussier- und Korrekturmagnete werden als russischer Inkind-Beitrag am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna gefertigt. Die Entwicklung der Magnettechnologie wurde in der Projektvorlaufphase gemeinsamen durch GSI und JINR durchgeführt. Während in den Quadrupolmagneten wie auch in den Dipolmagneten das weiterentwickelte Nuklotronkabel zum Einsatz kommt, musste für die Korrekturmagnete ein neues, spezielles supraleitendes Kabel mit isolierten Strängen entwickelt werden. Das Design der verschiedenen Quadrupoleinheiten wird, aufbauend auf der gemeinsamen Entwicklung, durch das GSI-Konstruktionsbüro ausgeführt.
Alle Quadrupoleinheiten werden in Dubna sowohl im warmen als auch im kalten Zustand getestet. Für den Kalttest bei 4 Kelvin (das entspricht 4 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei rund -273 Grad) wurde zuvor im Rahmen einer Kollaborationsvereinbarung eine sechs Testbänke umfassende Kryo-Testeinrichtung aufgebaut. Diese wird sowohl zum Testen der supraleitenden Magnete des künftigen, bei GSI in Darmstadt entstehenden Beschleunigerzentrums FAIR als auch der Beschleunigeranlage NICA, die derzeit in Dubna beim JINR errichtet wird, eingesetzt.
Alle in Dubna gefertigten Quadrupoleinheiten werden nach umfangreichen Abnahmetests an die Firma Bilfinger Noell in Würzburg versandt, die mit der Integration der Quadrupolmodule beauftragt wurde. Neben den Quadrupoleinheiten aus Dubna stellt GSI zahlreiche weitere kryogene Komponenten zur Integration bereit, beispielsweise Strahlpositionsmonitore, Ionenfänger und dünnwandige Quadrupol-Kammern und vieles andere mehr. Die Fertigung dieser Komponenten wurde zuvor von GSI bei verschiedenen Unternehmen beauftragt. Wichtigste Aufgabe dabei ist die zeitliche Synchronisierung aller Aktivitäten, wegen der technischen Komplexität der Gewerke eine besondere Herausforderung.
Parallel dazu wurde mit dem italienischen nationalen Kernphysikinstitut (INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) über die Verwendung der supraleitenden Testeinrichtung in Salerno für das SIS100 Projekt verhandelt und eine Kollaborationsvereinbarung unterzeichnet. An der Testeinrichtung wird die Serie der bei Bilfinger Noell integrierten SIS100-Quadrupolmodule getestet.
Nach erfolgreicher Implementierung der hohen Qualitätsstandards und Qualitätssicherungsstandards am JINR gelang der erfolgreiche Start der Serienfertigung am JINR und der Serienintegration bei Bilfinger Noell. 26 Quadrupoleinheiten konnten im Jahr 2021 am JINR gefertigt und getestet und Bilfinger Noell zur Integration bereitgestellt werden. Zeitgleich wurde bei Bilfinger Noell die Integration der Module parallelisiert. GSI wird das Kalttesten der Serienmodule in Salerno durch das Testen von zirka 20 integrierten Quadrupolmodulen an der „Serien Test Facility“ (STF) auf dem Campus in Darmstadt begleiten. (BP)
]]>Kernreaktionen, die im Inneren von Sternen ablaufen, spielen eine zentrale Rolle bei deren Entwicklung. Die Messung dieser Reaktionen in Labors hier auf der Erde ist notwendig, um grundlegende Fragen über den Ursprung der Elemente zu beantworten, aus denen unser Universum besteht. Im Rahmen des ELDAR-Projekts werden an zwei weltweit führenden europäischen Laboratorien, FAIR (Deutschland) und Gran Sasso (Italien), neue Ansätze für den Nachweis geladener Teilchen entwickelt und neue Verbindungen zwischen führenden europäischen Wissenschaftsgemeinschaften geschaffen, die unterschiedliche Methoden zur Untersuchung von in der Natur eng miteinander verbundenen stellaren Szenarien anwenden.
Bei FAIR wird ELDAR einen neuartigen und weltweit einzigartigen Ansatz verfolgen, bei dem Reaktionen untersucht werden, die durch stabile und radioaktive Strahlen im neu in Betrieb genommenen Schwerionenspeicherring CRYRING@ESR ausgelöst werden, wobei der kürzlich installierte CARME-Detektoraufbau zum Einsatz kommt. Während der neue FAIR-Beschleuniger derzeit noch errichtet wird, ist CRYRING@ESR bereits an der bestehenden GSI-Beschleunigeranlage in Betrieb und wird im laufenden Experimentierprogramm FAIR-Phase 0 eingesetzt. Die Messung von Reaktionen, an denen radioaktive Kerne beteiligt sind, ist entscheidend für die Modellierung und das Verständnis der Fülle neuer astronomischer Daten von Sternexplosionen. ELDAR wird CRYRING@ESR nutzen, um wichtige Kernreaktionen zu untersuchen, die in stellaren Szenarien vom Urknall bis zu Supernovaexplosionen eine wichtige Rolle spielen.
Bei den niedrigen Temperaturen des langsamen Sternbrennens sind die Kernreaktionsraten zu gering, um über dem natürlichen radioaktiven Hintergrund auf der Erde nachgewiesen zu werden. Der LUNA-Beschleuniger, der sich unterirdisch in Gran Sasso befindet, ist die weltweit führende Einrichtung zur Untersuchung von Reaktionen, die die langsame Sternentwicklung antreiben. ELDAR wird einen neuen Aufbau zur Untersuchung von Reaktionen mit geladenen Teilchen an LUNA errichten und damit die Möglichkeiten dieser Spitzeneinrichtung voll ausschöpfen, um ein zentrales Thema bei Kugelsternhaufen zu untersuchen.
ERC Starting Grants für Nachwuchsforschende unterstützen herausragende Forscher in einem frühen Karrierestadium, die vielversprechend sind und einen ausgezeichneten Forschungsvorschlag im Rahmen des EU-Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizon Europe“ vorlegen. Die Zuschüsse in Höhe von durchschnittlich 1,5 Millionen Euro helfen ambitionierten Forschern, ihre eigenen Projekte zu starten, ihre Teams aus Postdoktorand*innen und Promovierenden zusammenzustellen und ihre Forschungsideen zu verfolgen. Forschende von oder eng verbunden mit GSI und FAIR waren in den letzten Jahren sehr erfolgreich bei der Vergabe von ERC Starting oder Advanced Grants. (CP)
Mit einer ausgefeilten und noch nicht weit verbreiteten Filmtechnik wurde ein Zeitraffer-Video aus der Luft erstellt, das die Entwicklung der letzten vier Jahren zeigt: Für diesen sogenannten „Longterm Dronelapse“ wurden mit einer Drohne regelmäßig die gleichen Routen über die riesige Baustelle geflogen. Die dabei im Laufe von vier Jahren gefilmten bewegten Zeitraffervideos wurden nun in einem einzigen Video kombiniert. Sie können dank GPS-Unterstützung exakt überlagert werden, sodass die Fortschritte der Bauaktivitäten besonders deutlich werden.
Der letztjährige Longterm Dronelapse, der die Entwicklung der Jahre 2018 bis 2020 zeigt, wurde vom World Media Festival mit dem "Intermedia-globe SILVER Award" ausgezeichnet. Die Jury des “WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards” bewertete das Video als herausragenden Beitrag in der Kategorie „Public Relations/Research and Science“ und verlieh hierfür den "Intermedia-globe SILVER Award". (LW)
Video: FAIR-Baustelle im Zeitraffer - Longterm Dronelapse
News zum Intermedia-globe SILVER Award
Nach einführenden Informationen über den Stand des FAIR-Bauprojektes, die Campus-Entwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielt der FDP-Politiker, der von Patrick Schütz, Mitarbeiter seines Wahlkreisbüros, begleitet wurde, Einblicke in die Forschungseinrichtungen bei GSI/FAIR und die FAIR-Bauaktivitäten. Oliver Stirböck ist Sprecher seiner Fraktion für Digitalisierung, für Europapolitik und für den Finanzplatz Frankfurt.
Die nachhaltige Digitalisierung war auch ein zentrales Thema des Besuchs. Die Gäste informierten sich bei einer Führung durch den Green IT Cube umfassend über das Höchstleistungsrechenzentrum und seine Infrastruktur. Der energieeffiziente Green IT Cube auf dem GSI/FAIR-Campus stellt enorme Rechenkapazitäten für Experimente an den Beschleunigeranlagen von GSI und zukünftig von FAIR bereit. Er gehört zu den leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Zugleich setzt er Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und kosteneffizient. Der Energieaufwand für die Kühlung entspricht dadurch weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung. Bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung beträgt diese Relation 30 bis 100 Prozent. Das innovative Kühlsystem ermöglicht außerdem eine kompakte und damit platzsparende Bauweise. Der Green IT Cube hat bereits zahlreiche Auszeichnungen erhalten, unter anderem den Blauen Engel, das Umweltzeichen der Bundesregierung.
Nach der Besichtigung des Green IT Cube hatten die Gäste noch Gelegenheit, sich über das Großexperiment HADES und den aktuellen Stand des FAIR-Bauprojekt zu informieren. Die Fortschritte auf dem Baufeld konnten sie direkt in Augenschein nehmen und von der Aussichtsplattform einen Blick auf das 20 Hektar großen FAIR-Baufeld werfen mit dem im Rohbau fertiggestellten Ringtunnel des großen Beschleunigerrings SIS100, dem Herzstück der künftigen Beschleunigeranlage. (BP)
]]>Ein internationales Team von Forschenden unter Beteiligung des Exzellenzclusters PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) hat eine Labor-Methode zur Suche nach extrem leichten sogenannten „Axion-like Particles (ALP)“, die als mögliche Kandidaten für die schwer zu erfassende Dunkle Materie gelten, erfolgreich weiterentwickelt. Prinzipiell nutzen die Forschenden in ihren Experimenten Techniken der kernmagnetischen Resonanz: Durch einen neuen Aufbau konnten sie nun die Empfindlichkeit um fünf Größenordnungen gegenüber früheren Experimenten steigern, wie sie in ihrem Artikel in „Nature Physics“, einer führenden Zeitschrift in diesem Bereich, zeigen.
Noch ist über die genaue Natur der Dunklen Materie wenig bekannt. Als vielversprechende Kandidaten gelten heute extrem leichte bosonische Teilchen, etwa die sogenannten Axionen, Axion-like Particles und auch Dunkle Photonen. Diese können als klassisches Feld angesehen werden, das mit einer bestimmten Frequenz oszilliert. Wie groß diese Frequenz – und demzufolge die Masse der Teilchen – ist, ist bisher nicht bekannt. Deshalb durchsuchen die Forschenden mit ihren Experimenten systematisch unterschiedliche Frequenzbereiche nach Hinweisen auf Dunkle Materie. "Dabei gibt es noch viel zu tun, denn einen großen Massebereich, der für ALPs in Frage kommt, haben wir noch nicht überprüft", sagt Prof. Dr. Dmitry Budker, Forschungsleiter bei PRISMA+ und Bereichsleiter am HIM, einer institutionellen Kooperation der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt. "Dabei setzen wir weiter auf das Prinzip der Kernspinresonanz, also die Tatsache, dass Kernspins auf Magnetfelder reagieren, die mit einer bestimmten Resonanzfrequenz schwingen. Die Stärke dieses Resonanzsignals bestimmen wir mit einem empfindlichen Magnetometer."
Die Grundannahme der Experimente: Auch ein Dunkle-Materie-Feld beeinflusst die Kernspins eines Sensors in dieser Weise. Während sich die Erde durch dieses Feld bewegt, verhalten sich die Kernspins im Sensor genau wie in einem oszillierenden magnetischen Feld. Das Ergebnis ist ein durch Dunkle Materie hervorgerufenes Kernspin-Signal.
Als Sensor nutzen die Mainzer Forschenden und ihre Kolleg*innen der University of Science and Technology of China (USTC) das Edelgas Xenon, genauer gesagt das Isotop Xenon-129. Das Magnetometer, welches potentielle Signale misst, basiert auf dem Element Rubidium. Dabei gibt es vor allem zwei Besonderheiten: "Wir bauen das Experiment so auf, dass die Xenon-Atome ein oszillierendes Feld zunächst verstärken: So würde der Effekt, den ein potentielles ALP Feld auslöst, um einen Faktor 100 größer sein", beschreibt Co-Autor Antoine Garcon, Doktorand am HIM. "Zudem befindet sich unser Magnetometer – also die Ausleseeinheit – in der gleichen Zelle wie das Sensorgas Xenon. Der stärkere Kontakt zwischen beiden erhöht neben dem stärkeren Signal zusätzlich die Empfindlichkeit der Messung."
"Dies ist mehr oder weniger das gleiche Prinzip, das unserem 'Cosmic Axion Spin Precession Experiment'-Forschungsprogramm – kurz CASPEr – zugrunde liegt, einer Zusammenarbeit zwischen PRISMA+/HIM und der Boston University in den USA. Die Details der technischen Umsetzung sind jedoch recht unterschiedlich", ordnet Dmitry Budker ein.
In der aktuellen Arbeit zeigten die Kooperationspartner zunächst, dass ihre Idee grundsätzlich funktioniert: Sie legen ein schwaches oszillierendes Magnetfeld an, um ein ALP Feld zu simulieren und können damit die vorhergesagten Signale exakt nachweisen. Im nächsten Schritt bestimmen sie die Empfindlichkeit ihres Versuchsaufbaus: Im Ergebnis ist diese um fünf Größenordnungen besser als bei früheren Experimenten.
Nach erfolgreichem Proof-of-Principle starteten die Forschenden erste Messreihen, um nach Dunkler Materie zu suchen. Dabei konnten sie den Massebereich von wenigen Femtoelektronenvolt (feV) bis beinahe 800 feV absuchen. Zwar konnten sie in diesem Bereich bisher kein ALP-Signal finden, aber durch die viel höhere Empfindlichkeit ist es gelungen neue und strenge Grenzen im Hinblick auf die Stärke der ALP-Wechselwirkung mit normaler Materie zu formulieren. Zudem konnten sie den Suchbereich im Vergleich zu den früheren CASPEr-Experimenten um eine Größenordnung hin zu höheren Massen erweitern – und so nach dem Ausschlussverfahren den Suchbereich für ALPs noch weiter einschränken. Auch für die Suche nach Dunklen Photonen konnte der Aufbau genutzt werden. Und auch hier ist es dem Team der Forschenden gelungen, entsprechende Grenzen festzusetzen. Durch längere Messzeiten könnte die Empfindlichkeit ihrer Methode noch weiter verbessert werden, wie die Forschenden in Nature Physics erklären.
Einen sehr ähnlichen Versuchsaufbau beschreibt eine weitere kürzlich in Science Advances erschienene Arbeit. Auch hier ist Dmitry Budker beteiligt: "Wir verwenden im Wesentlichen denselben Spin-Verstärker, allerdings zu einem anderen Zweck. Statt nach dem Dunkle-Materie-Feld suchen wir nach einer möglichen exotischen Wechselwirkung zwischen einer Massenquelle und Kernspins – sozusagen einer 'fünften Kraft'. Die exotischen Wechselwirkungen würden durch die Existenz 'neuer' Teilchen entstehen, die wiederum eine Verbindung zu Dunkler Materie haben könnten." Auf der Suche nach neuer Physik jenseits des Standardmodells bietet die neue Methode jedenfalls spannende neue Ansätze und Perspektiven. (JGU/BP)
Link zur wissenschaftlichen Veröffentlichung in Nature Physics (Englisch)
Link zur Arbeitsgruppe von Professor Budker (Englisch)
]]>In ihrer Promotionsarbeit, die sie an der Justus-Liebig-Universität Gießen in der Arbeitsgruppe von Professor Christoph Scheidenberger anfertigte, hat Dr. Daria Kostyleva eine neuartige Experimentiermethode verwendet, die es erlaubt, Atomkerne an den Grenzen der Stabilität zu untersuchen und ihre innere Struktur sowie einige ihrer charakteristischen Eigenschaften wie Lebensdauer, Grundzustand und angeregte Niveaus zu studieren. Dazu wurden am Fragmentseparator FRS bei GSI aus einem relativistischen Schwerionenstrahl mittels Kernreaktionen sehr neutronenarme Argon-, Kalium- und Chlor-Isotope erzeugt, die extrem kurzlebig sind: einige von ihnen haben Lebensdauern von nur 10-12 Sekunden (das ist der billionste Teil einer Sekunde) oder sogar noch weniger.
Aufgrund der kurzen Lebensdauer zerfallen diese Atomkerne im Flug und emittieren dabei ein, zwei oder drei Protonen, wobei sie eine stabilere, langlebigere Konfiguration annehmen. Die Protonen können mit einer speziellen Detektoranordnung nachgewiesen werden, an deren Entwicklung Dr. Kostyleva beteiligt war. Erstmalig wurde mit dieser Experimentiermethode der Drei-Protonen-Zerfall eines Atomkerns nachgewiesen: an 31K, einem Kalium-Atom mit der Massenzahl 31, bestehend aus 19 Protonen und nur zwölf Neutronen. Ebenfalls zum ersten Mal gelang die Detektion einiger bis dahin unbekannter Isotope: 28Cl, 30Cl, 29Ar und des bereits genannten Nuklids 31K. Für andere Nuklide wurde die Zwei-Protonen-Radioaktivität beobachtet, ein besonderer Zerfallsmechanismus, der Anfang der 2000er Jahre bei GSI entdeckt worden ist. Für einige der untersuchten Kerne konnte sogar ein Niveauschema abgeleitet, also die innere Struktur, die sich unter diesen extremen Verhältnissen ausbildet, beschrieben werden.
Auch Halbwertszeiten, Bindungsenergien und eine Fülle von weiteren Informationen konnten in einem einzigen Experiment ermittelt werden. Diese Erkenntnisse sind besonders bemerkenswert, da die Experimente von Dr. Kostyleva bisher am weitesten über die sogenannte Protonen-Abbruchkante hinausreichen. Damit gewähren sie einen ersten Einblick in Bereiche jenseits der Kernstabilität und in neuartige Phänomene mit dem Potenzial, die bisherige Sicht auf die Struktur von Atomkernen zu verändern. Die Experimente eröffnen die Perspektive auf weitere Erkenntnisse über den Übergang von der ordnenden Wirkung der Kernkräfte in Atomkernen zu einem strukturlosen Gemenge von Nukleonen an der Abbruchkante. Auch der supraleitende Fragmentseparator (Super-FRS), der momentan an der internationalen FAIR-Anlage errichtet wird, wird hierzu tiefere Einblicke ermöglichen.
Der FAIR-GSI PhD Award wird jährlich für eine hervorragende Promotionsarbeit des vorangegangenen Jahres vergeben, die durch GSI im Rahmen der strategischen Partnerschaften mit den Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg, Jena, Mainz oder durch das Forschungs- und Entwicklungsprogramm gefördert wurde. Aktuell arbeiten im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) über 300 Doktorand*innen an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR. Mit dem Sponsor des Preises, der Pfeiffer Vacuum GmbH, die Vakuumtechnik und -pumpen anbietet, verbindet GSI eine langjährige Partnerschaft. Vakuumlösungen von Pfeiffer Vacuum werden in den Anlagen von GSI seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. (CP)
]]>Der Ehrengast Dr. Tomaž Boh, Generaldirektor der Direktion Wissenschaft, Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Sport, Republik Slowenien, begrüßte alle Teilnehmenden des Workshops. Professor Boštjan Zalar, Direktor des Jožef-Stefan-Instituts, hielt eine Willkommensrede. Dr. Albin Kralj vom Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Sport, Republik Slowenien, begrüßte die Teilnehmenden. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino und der Technische Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, informierten die Workshop-Teilnehmenden zu Beginn der Informationsveranstaltung über die wissenschaftlichen Ziele, den aktuellen Stand und die jüngsten Fortschritte des FAIR-Projekts. Dr. Jürgen Gerl von der NUSTAR-Kollaboration, eine der vier Experimentiersäulen von FAIR, und Dr. Jelena Vesić vom Jožef-Stefan-Institut präsentierten den slowenischen Beitrag zu den NUSTAR-Experimenten.
Neben dem Jožef-Stefan-Institut (JSI) waren an der Veranstaltung auch Vertretende des Ministeriums für Bildung, Wissenschaft und Sport und von „Tehnodrom d.o.o.“ mit den führenden Unternehmen Cosylab und Instrumentation Technologies beteiligt, da FAIR eine wichtige Rolle für das Wachstum der High-Tech-Industrie spielen wird. Janko Bugar, CGO & Senior Business Development Manager/Cosylab, und Elvis Janežič, CEO/Instrumentation Technologies, stellten alle Aktivitäten und Beiträge des Tehnodrom-Konsortiums slowenischer Unternehmen vor, die am FAIR-Projekt teilnehmen. Der Workshop ermöglichte den Austausch wertvoller Informationen über den aktuellen Stand der Aktivitäten auf dem GSI/FAIR-Campus und beleuchtete wissenschaftliche und technische Entwicklungen auf slowenischer Seite.
Bei der Veranstaltung wurde auch hervorgehoben, dass FAIR neben der Förderung der wissenschaftlichen Forschung auch von Bedeutung beim Wachstum der High-Tech-Industrie in Slowenien ist. So entwickeln und bauen viele slowenische Hightech-Unternehmen technologischer Anlagen über das Konsortium Tehnodrom. Die führenden Partner des Konsortiums Tehnodrom sind Cosylab und Instrumentation Technologies. Die Teilnahme am FAIR-Projekt eröffnet slowenischen Wissenschaftler*innen außergewöhnliche Forschungsmöglichkeiten und damit auch außergewöhnliche Möglichkeiten der Zusammenarbeit mit der slowenischen Wirtschaft zur Entwicklung neuer Technologien und anderer Produkte mit hohem Zusatznutzen. (BP)
Für weitere Informationen über das GET_INvolved-Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinierenden wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu), Dr. Jelena Vesić (Jožef-Stefan-Institut, Jelena.Vesic@ijs.si) und Prof. Dr. Simon Širca (Universität von Ljubljana, Simon.Sirca@fmf.uni-lj.si).
Das Jožef-Stefan-Institut ist das führende wissenschaftliche Forschungsinstitut Sloweniens und deckt ein breites Spektrum an Grundlagen- und angewandter Forschung ab. Naturwissenschaften, Biowissenschaften und Ingenieurwesen gehören zu den Spezialgebieten des Teams von rund 1000 Mitarbeitenden. Produktions- und Steuerungstechnologien, Kommunikations- und Computertechnologien, Wissenstechnologien, Biotechnologien, neue Materialien, Umwelttechnologien, Nanotechnologie und Nukleartechnik gehören zu den behandelten Themen. Ziel des Jožef-Stefan-Instituts ist es, Wissen an den Grenzen von Naturwissenschaft und Technik zum Nutzen der Gesellschaft zu sammeln und zu verbreiten, indem es Bildung, Lernen, Forschung und High-Tech-Entwicklung auf höchstem Niveau betreibt.
Die Universität von Ljubljana ist die älteste und größte Hochschul- und Forschungseinrichtung in Slowenien. Die Universität, die auf eine lange Geschichte zurückblicken kann, wurde im Jahr 1919 gegründet. Sie ist die größte und wichtigste Bildungseinrichtung Sloweniens. Mit 30 Prozent aller registrierten Forschenden ist sie eine der größten Forschungseinrichtungen Sloweniens. An 23 Fakultäten und drei Kunstakademien studieren mehr als 37 000 Studierende im Grundstudium und im Aufbaustudium, und sie beschäftigt rund 6000 Hochschullehrende, Forschende, Assistierende und Verwaltungsangestellte.
Das GET_INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und Forschungserfahrungen im Anfangsstadium zu sammeln, um sich in das internationale FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten.
]]>Wieso bin ich der, der ich bin? Ist meine Persönlichkeit genetisch bestimmt? Ist mit der Zeugung mein Schicksal festgelegt? Oder habe ich eine Chance, mich aktiv und selbstständig zu verändern? Ja, sagen heute die systemische Neurobiologie und Psychologie: In allen Lebensstadien beeinflusst die Umwelt das Gehirn und damit die Entwicklung und Ausprägung unserer Persönlichkeit. Ob wir in einer vielfältigen und grünen oder in einer reizlosen Umgebung aufwachsen und leben, ob wir sozial geborgen oder entwurzelt sind, ja sogar subtile Einflüsse wie Licht und Geburtsmonat beeinflussen Gehirn und Persönlichkeit messbar und teils erheblich.
In seinem Vortrag zeigt Dr. Konrad Lehmann auf, dass Sie Herr*in Ihrer selbst sind, und wie Sie durch Veränderung der Umwelt das eigene Leben immer wieder neu in die Hand nehmen können. Wir haben die Möglichkeit, durch unsere Umwelt uns selbst zu verändern. Wir sind frei in unseren Entscheidungen und unserer Persönlichkeit und daher für unser Gehirn selbst verantwortlich. Das moderne Verständnis vom Gehirn vereint Freiheit, Offenheit und Verantwortung. Diese Idee nennt Lehmann „Neuro-Humanismus“, und setzt sie gegen die Lehre von der Fremdbestimmtheit des Menschen.
Dr. Konrad Lehmann bezeichnet sich selbst als „Hirnvermittler“, er belehrt sozusagen Gehirne über das Gehirn. Er studierte an der Universität Bielefeld Biologie und wurde mit einer Arbeit als Neurobiologe promoviert. Seit 2006 forschte er an der Friedrich-Schiller-Universität Jena über die Anpassungsfähigkeit und Lernmechanismen des Gehirns und habilitierte sich dort im Jahr 2011. Seit September 2019 ist er bei GSI/FAIR als Labormanager in der Abteilung Biophysik tätig. Seine Forschung dreht sich im weiten Sinne darum, wie sich das Gehirn von Säugetieren an unterschiedliche Umweltbedingungen anpasst. Neben einer Vielzahl wissenschaftlicher Publikationen hat er zur Thematik bereits mehrere Bücher verfasst.
Weitere Vorträge im Laufe des Halbjahrs haben beispielsweise Phänomene des Weltalls zum Thema, die sich unserer direkten Wahrnehmung entziehen: schwarze Löcher und dunkle Materie. Auch darum, Winziges über Mikroskopie oder radioaktive Strahlung überhaupt sichtbar zu machen, wird es in zwei Beiträgen gehen. Mit der Verarbeitung von Daten beschäftigen sich schließlich zwei Vorträge zum maschinellen Lernen in der Biomedizin und zur Computervisualisierung.
Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Information über Zugang und Ablauf der Veranstaltung finden Sie auf der Veranstaltungswebseite unter www.gsi.de/wfa
Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In den Vorträgen wird über die Forschung und Entwicklungen an GSI und FAIR berichtet, aber auch über aktuelle Themen aus anderen Wissenschafts- und Technikfeldern. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für fachfremde Personen verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitenden oder von externen Referent*innen aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten. (CP)
Giuliano Franchetti studierte Physik an der Universität Padua in Italien. Seine Dissertation erstellte er bei GSI in der Abteilung Beschleunigerphysik, den Doktorgrad erlangte er 1998 an der Universität Bologna, wo er die Physik von Ionenstrahlen hoher Intensitäten aus theoretischer Sicht studierte. Seit dem Jahr 2000 ist er in verschiedenen Positionen Wissenschaftler bei GSI, aktuell beschäftigt er sich mit der Strahlphysik von Speicherringen. Neben seiner Tätigkeit bei GSI sammelte er breite Erfahrungen mit Aufenthalten unter anderem am Brookhaven National Laboratory, am europäischen Forschungszentrum CERN und am Institut für Theoretische und Experimentelle Physik in Moskau/FAIR-Russia Research Center. Dr. Franchetti ist Co-Koordinator des Arbeitspakets "Pushing Accelerator Frontier" (WP5.2, iFAST) des EU-Netzwerks "Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology". Er lehrt seit 2010 am Institut für Angewandte Physik der Goethe-Universität Frankfurt und ist seit 2020 Mitglied der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF).
„Die Ernennung zum APS-Fellow ist eine ganz besondere Ehre für mich. Ich freue mich sehr und bedanke mich für die große Anerkennung der Kolleginnen und Kollegen weltweit“, sagte Giuliano Franchetti zu seiner Ernennung. „Mit meiner Arbeit möchte ich auch weiterhin einen Beitrag zur aktuelle und zukünftigen Forschung an GSI und FAIR leisten und zu neuem Erkenntnisgewinn vor allem auf dem Gebiet der Speicherringe beitragen. Die Kombination von bestehenden Forschungsstrukturen und künftigen FAIR-Speicherringen birgt ein außergewöhnliches Forschungspotenzial.“
Die APS gehört zu den weltweit wichtigsten und renommiertesten Physikalischen Fachgesellschaften. Gegründet wurde die Berufsorganisation für Physiker*innen 1899 und hat heute mehr als 55 000 Mitglieder weltweit, aus dem akademischen Bereich, den nationalen Laboratorien und der Industrie. Die APS gliedert sich in zahlreiche Fachgruppen, die sich auf alle Bereiche der physikalischen Forschung erstrecken. Den Status eines Fellows erlangen APS-Mitglieder auf der Basis eines genau definierten Nominierungs- und Evaluationsprozesses. Zu ihren Fellows wählt die APS jedes Jahr nicht mehr als ein halbes Prozent ihrer Mitglieder. Dieses Jahr gingen zwei APS-Fellowships an GSI/FAIR. Außer dem Fellowship von Giuliano Franchetti erhielt auch Professor Yury Litvinov aus der Forschungsabteilung Atomphysik die prestigeträchtige Auszeichnung, was einmal mehr die außergewöhnliche Qualität unserer personellen Schaffenskraft bestätigt. (BP)
Webseite der APS (Englisch)
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Die FAIR/GSI-Delegation mit Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer, Jörg Blaurock, technischer Geschäftsführer, und GET_INvolved-Programmkoordinator Dr. Pradeep Ghosh besuchte das Institut für Kernphysik der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IFJ PAN) in Krakau, wo sie mit Direktor Professor Tadeusz Lesiak und mehreren Abteilungsleitenden zusammentraf, um sich über die Forschungsaktivitäten des Instituts zu informieren. Das Treffen war für das Management sehr aufschlussreich, da die Fähigkeiten und Erfahrungen der Forschenden und Ingenieur*innen als ein wichtiger Beitrag im Rahmen der Inbetriebnahme und der Installation der FAIR-Komponenten in Betracht gezogen werden können. Es bestand auch die Gelegenheit, das Zyklotronzentrum Bronowice (polnisch: Centrum Cyklotronowe Bronowice, CCB) zu besuchen, dessen Zyklotronanlage ein hervorragendes Beispiel für die Anwendung der Grundlagenwissenschaft in der Tumor-Strahlentherapie ist.
FAIR/GSI und die Behörden der Jagiellonen-Universität unterzeichneten eine Kooperationsvereinbarung ("Memorandum of Understanding") und eine Vereinbarung über die Mobilität von Studierenden und Mitarbeitenden im Rahmen des GET_INvolved-Programms. Bei der Veranstaltung im Collegium Maius in Krakau wurde Polens älteste Universität von Professor Piotr Kutrowski, Vize-Rektor für Forschung an der JU, vertreten. Zur FAIR/GSI-Delegation gehörten Professor Paolo Giubellino, Jörg Blaurock, Dr. Pradeep Ghosh.
Als ein Ergebnis der neuen Vereinbarung zur Zusammenarbeit können Studierende und Mitarbeitende der Jagiellonen-Universität von den umfangreichen Forschungsmöglichkeiten des künftigen FAIR-Beschleunigerzentrums profitieren. Insbesondere junge Forschende werden von spezialisierten Praktika für Bachelor- und Masterstudiengänge sowie von gemeinsamer Forschung für PhD-Programme profitieren.
Nach der Unterzeichnung des Abkommens, an der auch mehrere Vertretungen der Jagiellonen-Universität und der Fakultät für Physik, Astronomie und Angewandte Informatik teilnahmen, folgte eine Diskussion über die Rolle der Jagiellonen-Universität bei FAIR, an der neben der FAIR/GSI-Delegation und Professor Kustrowski auch Professor Piotr Salabura, Professor Zbigniew Majka und Alicja Nowakowska teilnahmen.
Eine informative Sitzung wurde an der Jagiellonen-Universität für Vertretende mehrerer polnischer Firmen organisiert, die entweder High-Tech-Produkte herstellen oder an einer Teilnahme an dem Mega-Wissenschaftsprojekt interessiert sind. Die Repräsentant*innen der Industrie hatten die Möglichkeit, die besonderen Eigenschaften ihrer Produkte und für das FAIR-Projekt zu erläutern. Die Firmen Prevac, KrioSystem, Kordecki Automation und S2innovation haben sich bei dieser Veranstaltung dem Management vorgestellt. Ebenso sprachen Vertretende von Solaris - National Center for Synchrotron Radiation und der AGH University of Science and Technology über ihre erzielten Ergebnisse. Frau Nowicka, Liaison Officer für die polnischen Anteilseigner, erläuterte, wie die Vertretenden der Industrie Zugang zu Informationen über bevorstehende Ausschreibungen erhalten und aktiv nach interdisziplinären Projekten bei FAIR suchen können.
Der zweite Tag des Besuchs der FAIR-Delegation begann mit einem Einführungsseminar über FAIR, das für alle Studierenden und Forschenden der Jagiellonen-Universität live im Internet übertragen wurde. Die FAIR-Seminare sind eine neue Initiative der Jagiellonen-Universität und des Instituts für Kernphysik PAN, die eine Reihe von monatlichen Seminaren über das FAIR-Projekt organisieren. Diese Initiative zielt darauf ab, polnischen Wissenschaftler*innen, Ingenieur*innen und Studierenden Wissen über das FAIR-Beschleunigerzentrums, das in Darmstadt gebaut wird und eines der größten Zentren dieser Art in der Welt sein wird, zu vermitteln. In den Seminaren werden die wichtigsten Forschungssäulen von FAIR (NUSTAR, CBM, PANDA, APPA), der Stand des Projekts und vor allem die Beteiligung polnischer Forschungsgruppen an diesem Projekt erörtert. Diese öffentliche Session war der Startpunkt einer Reihe von FAIR-Seminaren an der Jagiellonen-Universität.
Die FAIR-Leitung traf sich mit benannten Vertretenden des Nationalen Konsortiums FEMTOPHYSICS (NCF) (polnisch Krajowe Konsorcjum FEMTOFIZYKA), das sich aus zwölf polnischen Institutionen zusammensetzt, die an den FAIR-Experimenten mitarbeiten. Die Delegierten hatten die besondere Gelegenheit, mit dem FAIR/GSI-Management über ihre Anliegen und Fragen zu sprechen und wichtige Probleme im Zusammenhang mit den FAIR-Experimenten zu diskutieren. Diese Diskussion war entscheidend für die Planung der nächsten Schritte für die FAIR-Phase-0-Experimente im Jahr 2022 sowie für den Übergang des Projekts von der Konstruktion zu den Tag-1-Experimenten.
Die von der Jagiellonen-Universität ausgerichteten „FAIR Days Polen“ waren sehr fruchtbar, da alle Aspekte des FAIR-Projekts abgedeckt wurden. Darüber hinaus werden die unterzeichneten Vereinbarungen den Wissenschaftler*innen der Jagiellonen-Universität ermöglichen, die Forschungsmöglichkeiten von FAIR in wesentlich größerem Umfang zu nutzen. Der vorbereitete Vertrag, mit dem ein spezielles System von Lehrstellen, Forschungspraktika und gemeinsam durchgeführten Master- und Doktorarbeiten eingeführt wird, richtet sich insbesondere an junge Forschende. (BP)
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.
Das Nationale Konsortium FEMTOPHYSICS wurde gegründet, um eine Struktur vorzubereiten, die sich auf experimentelle Forschungsaktivitäten an FAIR konzentriert. Die inhaltlichen Aktivitäten des nationalen Konsortiums FEMTOPHYSICS liegen im Bereich der Forschung auf dem Gebiet der Physik und ihrer Anwendungen. Dem nationalen Konsortium gehören folgende renommierte Institute an (in alphabetischer Reihenfolge): die AGH University of Science and Technology, das Institute of Nuclear Physics PAN, das National Centre of Nuclear Research, die Kracow University of Technology, die Warsaw University of Technology, die Wroclaw University of Science and Technology, die Gdańsk University of Technology, die Jagiellonian University in Kraków (koordinierende Einrichtung), die Jan Kochanowski University of Kielce, die University of Lodz, die University of Silesia in Katowice und die University of Warsaw.
Das GET_INvolved-Programm bietet internationalen Studierenden und Nachwuchswissenschaftler*innen aus Partnereinrichtungen die Möglichkeit, Praktika, Traineeships und erste Forschungserfahrungen zu sammeln, um sich in das internationale FAIR-Beschleunigerprojekt einzubringen und gleichzeitig eine wissenschaftliche und technische Ausbildung zu erhalten. Für weitere Informationen zum GET_INvolved Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren wenden: Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu) und Professor Dr. Piotr Salabura (Jagiellonen-Universität, Piotr.Salabura@uj.edu.pl).
FAIR und polnische Beteiligung
Jagiellonen-Universität, Krakau, Polen
Zyklotronzentrum Bronowice, CCB
Nationales Konsortium FEMTOPHYSICS
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Professor Gabriel Martínez-Pinedo erhält den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2022 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Dies ist der wichtigste und höchstdotierte deutsche Forschungspreis. Martínez-Pinedo wird für seine herausragende Arbeit an der Schnittstelle zwischen Astro-, Kern- und Neutrinophysik ausgezeichnet. Er forscht und lehrt am Institut für Kernphysik der TU Darmstadt und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt.
Der Physiker Gabriel Martínez-Pinedo hat mit seinen Arbeiten dazu beigetragen, eines der größten ungelösten Probleme der Physik im 21. Jahrhundert zu lösen: Wo produziert die Natur schwere Elemente, wie etwa die Edelmetalle Gold oder Platin? Zusammen mit anderen Wissenschaftler*innen, einschließlich Professorin Almudena Arcones aus Darmstadt, zeigte Martínez-Pinedo, dass diese Elemente bei der Verschmelzung von Neutronensternen entstehen und dass bei diesem Prozess ein eindeutiges elektromagnetisches Signal, eine Lichtkurve, erzeugt wird, für das Martínez-Pinedo und Kollegen den Begriff „Kilonova“ prägten. 2017 wurde erstmals eine solche Kilonova beobachtet, und zwar gleichzeitig durch die „Boten“ Licht und Gravitationswellen
Dieser wissenschaftliche Meilenstein, an dem Martínez-Pinedo in einer führenden Rolle beteiligt war, gilt als Geburtsstunde der Multi-Messenger-Astronomie, die ganz neue wissenschaftliche Möglichkeiten eröffnet. So werden künftig die kernphysikalischen Prozesse, die bei der Verschmelzung von Neutronensternen eine wichtige Rolle spielen, nach Fertigstellung des derzeit bei GSI entstehenden internationalen Beschleunigerzentrums FAIR in Darmstadt mit unerreichter Qualität im Labor untersucht werden. So eröffnet sich die Chance, aus Details der Gravitationswellen- und Lichtkurvensignale die Dynamik bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne zu entschlüsseln und fundamentale Fragen zu klären – etwa, wie der Übergang der verschmelzenden Neutronensterne zu einem Schwarzen Loch verläuft, ob bei der Verschmelzung eine neue Form der Materie, die „Quarkmaterie“ durchlaufen wird oder ob verschmelzende Neutronensterne der einzige Ort sind, an dem schwere Elemente im astrophysikalischen r-Prozess entstehen können. Die meisten der am r-Prozess beteiligten Kerne sind extrem kurzlebig, so dass ihre Eigenschaften theoretisch modelliert werden müssen, um den r-Prozess erforschen zu können. Dabei hat Martínez-Pinedo in den letzten Jahren eine weltweit führende Rolle eingenommen.
Gabriel Martínez-Pinedo kombiniert die Expertise auf den Forschungsfeldern Astro-, Kern- und Neutrinophysik und ist so in der Position, in einem hochgradig interdisziplinären Forschungsfeld eine weltweite Führungsrolle einzunehmen.
Weiterer Höhepunkt der wissenschaftlichen Karriere von Gabriel Martínez-Pinedo war die Entdeckung des Neutrino-p-Prozesses, eines während einer Supernova ablaufenden Nukleosyntheseprozesses. In jüngerer Zeit beschäftige der Physiker sich mit der Beschreibung der Wechselwirkung von Neutrinos mit Materie in Supernovae. An der TU Darmstadt und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung leitet Gabriel Martínez-Pinedo die Arbeitsgruppen für Theoretical Nuclear Astrophysics. Er hat mit seinen Arbeiten an beiden Forschungseinrichtungen maßgeblich dazu beigetragen, Darmstadt als ein Zentrum der Kern-Astrophysik weltweit zu etablieren.
Der Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis wird seit 1986 jährlich von der DFG an in Deutschland arbeitende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen verliehen. Pro Jahr können bis zu zehn Preise mit einer Preissumme von jeweils 2,5 Millionen Euro verliehen werden. Der Hauptausschuss der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) erkannte heute zehn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis 2022 zu. Sie waren zuvor aus 134 Vorschlägen ausgewählt worden. Mit dem Preisgeld sollen unter anderem die Forschungsmöglichkeiten der Ausgezeichneten erweitert werden; die Preisträgerinnen und Preisträger können es bis zu sieben Jahre lang nach ihren eigenen Vorstellungen und ohne bürokratischen Aufwand für ihre Forschungsarbeit verwenden.
Professor Paolo Giubellino, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagt: „Ich bin außerordentlich erfreut über diese Entscheidung der Deutschen Forschungsgemeinschaft und die damit verbundene große Würdigung der exzellenten wissenschaftlichen Arbeit von Gabriel Martínez-Pinedo. Die Auszeichnung belegt zugleich die herausragenden Möglichkeiten in der Forschungsregion Darmstadt, bei GSI und FAIR ebenso wie an der TUD. Mit FAIR werden wir die Perspektiven solch wegweisender Forschung, wie sie Gabriel Martínez-Pinedo betreibt, noch weiter ausbauen können und weitere wichtige Pionierleistungen ermöglichen. Gabriel Martínez-Pinedo gehört als weltweit anerkannter Experte auf dem Gebiet der Entstehung chemischer Elemente im Universum zu den Key-Playern in der Forschungs-Community.“
„Wir gratulieren dem Preisträger Gabriel Martínez-Pinedo zu dieser herausragenden Auszeichnung“, sagt Professorin Tanja Brühl, Präsidentin der TU Darmstadt. „Er hat einen Paradigmenwechsel in der Erforschung der Entstehung schwerer Elemente eingeleitet. Forschungs-Persönlichkeiten wie er stärken die Rolle der Technischen Universität Darmstadt und des GSI Helmholtzzentrums, die gemeinsam zu einem international herausragenden Zentrum der Kern-Astrophysik geworden sind. Wir sind stolz, dass mit Gabriel Martínez-Pinedo ein weiterer Leibniz-Preisträger das Forschungsfeld Matter and Materials der TU Darmstadt mitprägt. Er stärkt mit seiner Expertise zudem die vom HMWK geförderte Exzellenzclusterinitiative ELEMENTS, die wir gemeinsam mit der Goethe-Universität entwickeln.“
Gabriel Martínez-Pinedo studierte an der Autonomen Universität Madrid und promovierte dort in Theoretischer Physik. Seine weitere Laufbahn führte ihn unter anderem ans California Institute of Technology, an die Universitäten Aarhus, Basel und Barcelona. Seit 2005 arbeitet er am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, wo er nun die Theorieabteilung Nukleare Astrophysik und Struktur leitet und 2020 einer der Direktoren der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR wurde. Seit 2011 hat Martínez-Pinedo die Professur für Theoretical Nuclear Astrophysics am Fachbereich Physik der TU Darmstadt inne. Martínez-Pinedo ist vielfach ausgezeichnet; unter anderem erhielt er im vergangenen Jahr einen ERC Advanced Grant für das Projekt “Probing r-process nucleosynthesis through ist electromagnetic signatures (KILONOVA)“. Er ist vielgefragter Sprecher auf internationalen Konferenzen, vertritt sein Fachgebiet in wichtigen internationalen Gremien und veröffentlicht in renommierten wissenschaftlichen Journalen. (TUD/BP)
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Drehen wir unseren Kopf, realisiert unser Gehirn diese Drehung vor allem über den visuellen Eindruck – also über das, was wir sehen. Technische Geräte dagegen setzen auf Gyroskope, sprich Rotationssensoren. Wichtig sind diese unter anderem für die Navigation. So detektiert beispielsweise beim Autopiloten im Flugzeug ein Gyroskop die drei verschiedenen Rotationsarten, die das Flugzeug ausführen kann: Es kann rollen, also einen Flügel nach unten und den anderen nach oben drehen, die Nase nach oben beziehungsweise unten ziehen oder sich relativ zum Erdboden drehen. Wichtig sind Gyroskope auch in Fahrzeugen am Boden, etwa in autonom fahrenden Autos.
Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Dmitry Budker publizierte bereits 2012 ihre Idee, Farbzentren in Diamanten als Gyroskope zu nutzen. Nun konnten die Forschenden den praktischen Nachweis dafür erbringen. Ihre Ergebnisse haben sie kürzlich im Fachmagazin Science Advances veröffentlicht.
"Wir und andere Gruppen nutzen diese Farbzentren bereits seit einigen Jahren zur Messung von Magnetfeldern", erläutert Budker, Physiker an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), das neben der Universität auch vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt getragen wird. "Die Messung von Rotationen funktioniert prinzipiell auch wie bei einem Magnetometer, allerdings ergeben sich dabei einige Herausforderungen." So muss der Sensor schwankende magnetische Felder ignorieren, um die Rotationen messen zu können. Diesem Problem konnten Budker und sein Team jedoch beikommen. Einerseits nutzen sie für die Gyroskopie statt der Elektronenspins die Kernspins, die ein wesentlich kleineres magnetisches Moment und deshalb eine geringere Sensitivität für Magnetfelder besitzen. Andererseits konnten die Wissenschaftler externe Magnetfelder weitgehend abschirmen und trotzdem intern ein sehr stabiles Bias-Magnetfeld zur Erzeugung des Messeffekts aufrechterhalten, das auch kaum auf Temperaturschwankungen reagiert. Sollten schwankende Magnetfelder im Außenraum auftreten, "sehen" die Farbzentren diese nicht. Fragestellungen und Herausforderungen rund um dieses Magnetfeld widmete sich Dr. Peter Blümler von der JGU. Die Experimente und der erste Nachweis gelangen allerdings Dr. Andrey Jarmola und Budkers ehemaligem Doktoranden, Dr. Sean Lourette, an der University of California in Berkeley.
Somit berichten die Forscher in ihrer Veröffentlichung über zwei Neuerungen. Erstens konnten sie ihre Idee aus dem Jahre 2012 realisieren und erstmalig Farbzentren von Diamanten als Gyroskop nutzen. Zweitens erarbeiteten sie einen technischen Weg, um dies zu realisieren. Bis in die alltägliche Anwendung sind allerdings noch weitere Herausforderungen zu meistern. (JGU/CP)
Leider musste die für den 25. November beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt geplante Preisverleihung, wie schon 2020, aufgrund der aktuellen Pandemiesituation erneut abgesagt werden. Anfang 2022 wird jedoch ein spezielles Seminar stattfinden, bei dem die Geehrten die Möglichkeit haben werden, ihre Arbeit der interessierten Öffentlichkeit vorzustellen. Auch die beiden Preisträgerinnen des Jahres 2020, Dr. Alina Bendinger vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) Heidelberg und Dr. Giorgia Meschini von der Staatlichen Polytechnischen Universität in Mailand (Politecnico di Milano), werden sich bei diesem Seminar beteiligen.
In ihrer Dissertation mit dem Titel „Normal brain tissue reaction after proton irradiation“ hat sich Dr. Theresa Suckert dem klinisch relevanten Thema der schädigenden Wirkungen auf das Normalgewebe nach Hirnbestrahlung mit Protonen gewidmet. Dazu hat sie zum einen Gewebeschnittkulturen als Ersatzmodell für In-vivo-Experimente untersucht und dabei wichtige Erkenntnisse in Bezug auf die Anwendbarkeit dieses Ansatzes zur Untersuchung von Tumor- und Normalgewebsreaktionen gewonnen. Zum anderen hat sie anhand eines Mausmodells sehr anspruchsvolle Experimente zur hochpräzisen und reproduzierbaren Protonenbestrahlung eines klinisch relevanten Gehirn-Teilvolumens in der Maus durchgeführt. Sie hat dazu den gesamten, sehr komplexen Arbeitsablauf von der Bildgebung über Bestrahlungsplanung, Positionsverifikation, Dosimetrie sowie Gewebeentnahme und -aufarbeitung entwickelt und implementiert. Die so etablierte Bestrahlungstechnik stellt eine essenzielle Grundlage für weiterführende präklinische Experimente dar.
Dr. Felix Horst hat in seiner Dissertation mit dem Thema „Measurement of Nuclear Reaction Cross Sections for Applications in Radiotherapy with Protons, Helium and Carbon Ions” Kernreaktionsquerschnitte für leichte Ionen im therapeutischen relevanten Energiebereich experimentell bestimmt. Die Experimente hat Felix Horst an den Ionenstrahl-Therapieanlagen in Marburg (MIT) und Heidelberg (HIT) durchgeführt. Die totalen Reaktionsquerschnitte für Helium-Ionen haben die Optimierung von Kernreaktionsmodellen und damit eine verbesserte Dosisberechnung ermöglicht. Diese Messungen haben eine besondere Relevanz, da sie direkt in die Bestrahlungsplanung für Patientenbehandlungen mit Helium-Ionen am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT eingeflossen sind. In einer weiteren Analyse strahleninduzierter Positronen-Emitter konnten die entsprechenden Reaktionsquerschnitte genauer bestimmt und damit auch die Reichweitenverifikation mit Hilfe des PET-Verfahrens verbessert werden. Mit dem PET-Verfahren lässt sich die Patientenbestrahlung mit Ionenstrahlen präzise überwachen.
Das Preisgeld für die Dissertationen beträgt jeweils 1500 Euro. Benannt ist die Auszeichnung nach Professor Christoph Schmelzer, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. Die Nachwuchsförderung auf dem Gebiet der Tumortherapie mit Ionenstrahlen hat inzwischen eine langjährige Kontinuität, bereits zum 23. Mal wurde der Preis nun vergeben. Die Themen der ausgezeichneten, wissenschaftlichen Arbeiten sind von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Ionenstrahltherapie, da die Ergebnisse der prämierten Arbeiten oftmals Einzug in die klinische Anwendung finden. (BP)
Der Verein zur Förderung der Tumortherapie unterstützt Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Tumortherapie mit schweren Ionen mit dem Ziel, die Behandlung von Tumoren zu verbessern und der allgemeinen Patientenversorgung zur Verfügung zu stellen. An der Beschleunigeranlage bei GSI wurden im Rahmen eines Pilotprojekts von 1997 bis 2008 über 400 Patient*innen mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen zum Teil bei über 90 Prozent, und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Der Erfolg des Pilotprojektes führte zum Aufbau klinischer Ionenstrahltherapiezentren in Heidelberg und Marburg, an denen nun Patienten routinemäßig mit Ionenstrahlen behandelt werden können.
Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.
Deutsches Konsortium für Translationale Krebsforschung
]]>Aus physikalischer Sicht ist der Atomkern Zinn-100 magisch, da er zwei stabile Schalenabschlüsse hat. Dennoch ist es sehr schwer seine Masse experimentell zu bestimmen. Einer internationalen Forschungskollaboration am europäischen Forschungszentrum CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) mit Beteiligung von Wissenschaftler*innen des GSI Helmholtzzentrums und der Universität Greifswald ist es nun gelungen, mittels Präzisionsmassenmessungen an den Indium-Isotopen In-99, In-100 und In-101 Rückschlüsse auf die Masse von Zinn-100 zu ermöglichen.
Ähnlich wie Elektronen in Atomhüllen gruppieren sich auch die Kernbausteine, die Protonen und Neutronen, zu quantenmechanischen Schalen. Sind diese Schalen gefüllt, dann haben die Kerne hohe Bindungsenergien und sind besonders stabil. Daher werden die Schalenabschlusszahlen 8, 20, 28, 50, 82 und 126 auch „magisch“ genannt. Von ganz besonderem Interesse sind die doppelt magischen Kerne. In diesen Kernen erreichen sowohl die Protonenzahl Z als auch die Neutronenzahl N einen stabilen Schalenabschluss. Unter diesen doppeltmagischen Kernen sticht der Kern des Zinn-Isotops Sn-100 hervor. Er ist der schwerste Kern, bei dem Z und N den gleichen Wert besitzen, nämlich 50. Doch bisher ist eine direkte experimentelle Bestimmung seiner Masse äußerst schwierig. Die Gründe liegen in den Schwierigkeiten bei der Herstellung von Sn-100 sowie in dessen kurzer Halbwertszeit von nur etwa einer Sekunde.
In unmittelbarer Nachbarschaft zum doppeltmagischen Sn-100 liegen die Kerne des Elements Indium. Diese haben ein Proton weniger als die Zinnkerne. Am CERN konnten nun mit dem Präzisionsmassenspektrometer ISOLTRAP die Massen der Indium-Isotope In-99, In-100 und In-101 bestimmt werden. Dabei wurde die Masse von Indium-99 erstmalig gemessen, jene von Indium-100 und Indium-101 konnten nun wesentlich genauer als bisher bestimmt werden. Ivan Kulikov, Doktorand bei GSI und FAIR, war an den Experimenten beteiligt und war hierfür vier Jahre ans CERN abgeordnet.
Die neuen Ergebnisse, die in Nature Physics veröffentlicht wurden, bestätigen Werte, die bei GSI in Zusammenarbeit mit Wissenschaftler*innen der Technischen Universität München gemessen wurden. „Der Beta-Zerfall von Sn-100 wurde vor 13 Jahren im Rahmen des RISING-Gammaspektroskopie-Projekts hinter dem FRS der GSI und in jüngerer Zeit mit einer höheren Statistik am RIKEN in Japan im Rahmen der EURICA-Kampagne untersucht. Die beobachtete Diskrepanz zwischen diesen beiden Ergebnissen führt zu heftigen Diskussionen in der Fachwelt", sagt Dr. Magdalena Gorska, die Mitautorin beider Messungen.
Yuri Litvinov, Leiter des ERC-Projekts „ASTRUm", in dessen Rahmen der GSI-Bereich Atomphysik zu diesem Experiment beigetragen hat, erklärt: „Durch die Verwendung des neuen Massenwertes von In-100 und mit Hilfe theoretischer Berechnungen, die von der Gruppe von Prof. Achim Schwenk an der TU Darmstadt durchgeführt wurden, ist es möglich, eine eindeutige Aussage über die Masse von Sn-100 zu treffen, die eine ältere GSI-Messung von C. Hinke et al. begünstigt, die in Nature veröffentlicht wurde."
Neben anderen Finanzierungsquellen wurde diese Forschung vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union (Finanzhilfevereinbarung 682841 „ASTRUm") unterstützt.
FAIR wird neue Möglichkeiten zur Beantwortung anspruchsvoller Fragen im Bereich der Kernstruktur und -reaktionen eröffnen. Die internationale Beschleunigeranlage, eines der größten Forschungsprojekte weltweit, befindet sich derzeit bei GSI im Bau. Diese Forschung an FAIR wird von der NUSTAR-Kollaboration vorangetrieben, die spezielle, hochmoderne Experimente am künftigen Fragmentseparator Super-FRS aufbaut. (LW/Universität Greifswald)
Originalveröffentlichung: M Mougeot et al. (2021): Mass measurements of 99-101In challenge ab initio nuclear theory of the nuclide 100Sn, Nature Physics
Pressemitteilung der Universität Greifswald
Die Schüler*innen hatten die Gelegenheit, über einen einführenden Vortrag und in kurzen Videozuspielern die Anlagen und die Forschung von GSI kennenzulernen, sowie einen Einblick in den Bau von Komponenten und Gebäuden für die zukünftige internationale Forschungsanlage FAIR zu erhalten. Die geführte Videotour nahm sie mit in den Linearbeschleuniger UNILAC, den Hauptkontrollraum und das Schwerionensynchrotron SIS18. Sie erfuhren, wie man am Experimentierplatz SHIP neue Elemente herstellen, mit Kohlenstoffionen Tumore therapieren sowie wie man mit dem Großexperiment HADES dem Rätsel der Masse auf die Spur kommen kann. Auch ein virtueller Besuch in der Testanlage für supraleitende FAIR-Magnete und auf der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle stand auf dem Programm. Ein Drohnenflug über das Baufeld rundete die Veranstaltung ab. Anschließend bestand die Möglichkeit, über einen Live-Chat Fragen zu stellen, was von den Teilnehmenden rege genutzt wurde.
Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ wird von der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt ausgerichtet. Sie findet jährlich statt und soll das Interesse junger Menschen an Physik fördern. In den Veranstaltungen erfahren die Schüler*innen mehr über die physikalische Forschung an der Universität. Wer an allen Veranstaltungen teilnimmt, erhält das „Saturday-Morning-Physics“-Diplom. GSI und später FAIR zählen bereits seit dem Start der Reihe zu den Sponsoren und Unterstützern. (CP)
Der Physiker Oliver Noll arbeitet an der Entwicklung des elektromagnetischen Kalorimeters von PANDA, eines der Hauptsysteme des PANDA-Experimentes. Vor Oliver Nolls Arbeit gab es keinen spezifischen Algorithmus für die digitale Signalverarbeitung des APFEL-Auslesechips. In der Doktorarbeit wurde eine detaillierte Studie des APFEL-Signalverlaufes und der Rauschanteile durchgeführt. Weiterhin wurden mit der Arbeit große Beiträge für die Entwicklung, die Konstruktion und den Betrieb eines EMC-Prototypen geleistet, der in Strahlzeiten die Funktionsfähigkeit des PANDA-EMC-Designs bewies und dessen Leistungsfähigkeit optimierte.
Der PhD-Preis wird seit 2013 einmal jährlich von der Panda-Kollaboration für die beste Dissertation verliehen, die im Rahmen des PANDA-Experiments erstellt wurde. Kandidat*innen für den PhD-Preis werden von der jeweiligen Promotionsbetreuung nominiert. Voraussetzung ist neben einem direkten Bezug zur Panda-Forschung die Bewertung der Promotion mit mindestens „sehr gut“. Bis zu drei Kandidat*innen kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem PhD-Preis möchte die PANDA-Kollaboration die Beiträge von Studierenden zum Panda-Projekt besonders würdigen. (BP)
Über die Promotionsarbeit von Dr. Oliver Noll (Englisch)
Über den PANDA-Preis (Englisch)
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In dem sogenannten zweiten langen Shutdown (second long shutdown, LS2) wurde der CERN-Beschleuniger LHC (Large Hadron Collider) umfangreichen Upgrades unterzogen und kann nun Bleikerne mit Raten bis zu 50 Kilohertz im ALICE-Detektor zur Kollision bringen. Um dieses Potential voll ausnutzen zu können, musste auch der Messaufbau verbessert werden. Zu diesem Zweck konnte die Zeitprojektionskammer TPC überarbeitet und wieder am ALICE-Detektor eingebaut werden. Ebenfalls wurde ein neuer Myonen-Tracker installiert. Der größte jemals gebaute Pixeldetektor – das Inner Tracking System ITS – nahm im Mai den Platz des Vorgängersystems zwischen dem Strahlrohr und der TPC ein. Als letztes Teil des Puzzles wurde im Juli der Fast Interaction Trigger FIT installiert.
Insbesondere die TPC stellt dabei eine echte Innovation dar: Die bisherigen TPC-Auslesekammern konnten maximal drei Kilohertz verarbeiten. Die neuen Kammern nutzen die sog. GEM-Technologie (Gas Electron Multiplier) und können Daten kontinuierlich auslesen – im Gegensatz zur bisherigen Technik, die auf Vieldrahtproportionalkammern basierte. Nur mit der geänderte Methode ist eine Verarbeitung der neuen hohen Kollisionsraten des LHC möglich. Dies erforderte in Folge auch neue Software-Systeme für Datenaufnahme, Kalibrierung, Rekonstruktion und Analyse.
GSI ist von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente, insbesondere an Design und Aufbau der ALICE-TPC, und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Auch diesmal hat GSI wesentlich zur Konzeption der neuen Auslesekammern beigetragen. Ein beträchtlicher Teil der Kammern wurde in Zusammenarbeit der ALICE-Forschungsabteilung und des Detektorlabors bei GSI gebaut. Mitarbeitende aus beiden GSI-Abteilungen haben auch beim Einsetzen der Kammern vor Ort am CERN mitgewirkt. Ebenfalls hat die IT-Abteilung von GSI zentrale Beiträge zu den neuen Software-Systemen geleistet. Das GSI-Rechenzentrum bleibt ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments. Die Expertise aus den Upgrades ist auch für den zukünftigen Betrieb von FAIR relevant. Beispielsweise am Experiment für komprimierte Kernmaterie CBM sollen ebenfalls kontinuierliche Datenströme ausgelesen werden.
Die ALICE-Arbeiten waren Teil einer Helmholtz-weiten Initiative, die neben GSI auch das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und das Deutsche Elektronen-Synchrotron (DESY) umfasste: Ein großer Investmentbeitrag wurde von der Helmholtz-Gemeinschaft für die Upgrades von ALICE und für die beiden weiteren Experimente ATLAS und CMS zur „vollen Ausnutzung des Large Hadron Colliders“ zur Verfügung gestellt.
ALICE ist eines der vier Großexperimente am Kollisionsbeschleuniger LHC des CERN und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Bleiatomkernen. Wenn die Kerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen. (CP)
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Es gibt nicht den einen „Königsweg“, vielmehr können verschiedene Partikel und ihre Kombinationen in spezifischen Fällen einen Durchbruch in der Strahlentherapie ermöglichen. So lautet eine Kernaussage des Beitrags, den Professor Durante gemeinsam mit den beiden Radioonkologen Professor Jürgen Debus, Wissenschaftlich-medizinischer Direktor des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums (HIT) und Ärztlicher Direktor der Klinik für Radio-Onkologie und Strahlentherapie an der Universität Heidelberg, sowie Professor Jay Stephen Loeffler, Leiter der Strahlenonkologie am Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School in Boston, verfasst hat.
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung hatte schon früh neue Wege in der Strahlentherapie beschritten und als Erster in Europa eine Schwerionentherapie gestartet. Diese Behandlungsmethode kann die Anforderungen an eine moderne Strahlentherapie besonders gut erfüllen: Die Strahlentherapie sollte im Eintrittskanal, wo sich Normalgewebe befindet, eine möglichst geringe Toxizität aufweisen und damit das gesundes Gewebe schonen, und in der Zielregion, im Tumor selbst, sehr wirksam zelltötend sein. In dieser Hinsicht haben Ionen, die schwerer als Protonen sind, sowohl physikalische als auch strahlenbiologische Vorteile gegenüber herkömmlichen Röntgenstrahlen. Das unterstreichen auch Professor Durante und seine Kollegen in ihrer Bestandsaufnahme: „Die Therapie mit geladenen Teilchen ist die fortschrittlichste Form der Strahlentherapie. Die meisten Patienten werden mit Protonen behandelt, aber schwere Ionen bieten zusätzliche biologische Vorteile.“
Vor mehr als 20 Jahren hatten bei GSI in Darmstadt die klinischen Studien für eine neuartige Krebstherapie mit beschleunigten Kohlenstoffionen begonnen, vorausgegangen waren gemeinsame Forschungen mit der Radiologischen Klinik und dem Deutschem Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) sowie dem Forschungszentrum Rossendorf. Es war der Startpunkt einer Erfolgsgeschichte, die von der Grundlagenforschung in die breite medizinische Anwendung führte. Mittlerweile gibt es ein Dutzend Kohlenstoff-Ionen-Zentren in Europa und Asien, in denen die Therapie durchgeführt wird. Weitere sind im Bau oder in Planung, darunter das erste in den USA. Die klinischen Ergebnisse sind vielversprechend, wobei künftig auch neue Ionen eingesetzt werden sollen wie 4He, das häufigere der beiden stabilen Isotope von Helium, oder das stabile Sauerstoffisotop 16O.
Die Autoren des Review-Artikels geben nicht nur mit großer Expertise eine Übersicht über das sich schnell entwickelnde Forschungsgebiet der Partikeltherapie und stellen das gesamte weitgefächerte Spektrum von der Physik und Technologie der schweren Ionen über die Radiobiologie bis zur Anwendung neuer Ionen und Technologien dar. Sie benennen auch die ausschlaggebenden Faktoren, die über den künftigen Erfolg der Partikeltherapie entscheiden: Beispielsweise wird über die Kosteneffizienz in der klinischen Gemeinschaft kontrovers diskutiert, aufgrund des größeren Platzbedarfs und der höheren Kosten von Schwerionenanlagen im Vergleich zu Protonentherapiezentren. Die Schwerionentherapie ist teurer als die Röntgentherapie. Auf der anderen Seite legt die Strahlenbiologie nahe, dass Schwerionen beispielsweise äußerst wirksam sein können bei hypoxischen Tumoren, also Tumorgewebe mit einer schlechten Sauerstoffversorgung, und die Wirkung der Immuntherapie verbessern.
Somit ist für die Zukunft der Partikeltherapie noch viel weitere Forschung und Entwicklung notwendig, vor allem im Bereich der Beschleuniger und der Strahlführung, um kleinere und kostengünstigere Geräte zu erreichen, um die Teilchentherapie finanziell erschwinglich zu machen und um neue Behandlungsmodalitäten wie FLASH und radioaktive Ionenstrahlen für die bildgesteuerte Therapie zu nutzen.
Professor Durante und seine Mitautoren weisen abschließend darauf hin, dass die Kombination von leichten und schweren Ionen optimale biologische Wirkungen haben kann, und unterstreichen die Notwendigkeit weiterer vorklinischer Forschung in diesen Bereichen. „Das Potenzial von Schwerionen ist in den Kliniken noch längst nicht voll ausgeschöpft worden.“
Auch die aktuelle Forschung bei GSI und FAIR trägt einen wichtigen Teil zur Zukunft der Teilchentherapie bei, immer mit dem Ziel, das therapeutische Fenster in der Strahlentherapie weiter vergrößern. So war es beispielsweise in der aktuellen Experimentierzeit FAIR-Phase 0 erstmals gelungen, ein Kohlenstoffionen-FLASH-Experiment durchzuführen. Dabei geht es um eine ultrakurze und ultrahoch dosierte Bestrahlung, bei der die Behandlungsdosis in Zeitskalen von unter einer Sekunde abgegeben wird. Ziel ist es, bei der FLASH-Bestrahlung noch schädigungsärmer eine hohe Strahlendosis in kurzer Zeit zu applizieren
Außerdem zielt das aktuelle Projekt BARB von Professor Marco Durante, das mit einem ERC-Advanced-Grant gewürdigt und gefördert wird, darauf ab, den selben Strahl für die Behandlung und für die Bildgebung während der Behandlung zu verwenden und so die Präzision zu steigern. Radioaktive Ionenstrahlen sind dafür das ideale Werkzeug. Erst hochmoderne Anlagen wie FAIR können solche intensiven Strahlen erzeugen. (BP)
Yury Litvinov studierte Physik in St. Petersburg und ist seit 1999 Wissenschaftler bei GSI. Im Jahr 2009 ging er für zwei Jahre an das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, wo er seine Habilitation abschloss. Seit 2011 ist Litvinov aktiv an den APPA/SPARC-Forschungsaktivitäten von FAIR beteiligt. Unter anderem ist er Koordinator der Experimente am Experimentierspeicherring ESR und seit 2012 Leiter der Gruppe „SPARC-Detektoren“ bei FAIR, die Teil der Abteilung „Atomphysik“ ist. Seit 2016 ist Litvinov Principal Investigator für den EU-finanzierten ERC Consolidator Grant „ASTRUm“ und seit 2017 hat er eine außerordentliche Professur an der Universität Heidelberg inne.
„Es ist mir eine große Ehre und ich freue mich sehr, diese wichtige Auszeichnung zu erhalten“, sagte Litvinov anlässlich seiner Ernennung. „Ich werde weiter danach streben, mithilfe der aktuell bei GSI und zukünftig auch FAIR sowie weltweit zur Verfügung stehenden Forschungsanlagen, Speicherringe und Fallensysteme das Wissen über Atom-, Kern- und Astrophysik zu erweitern und im Rahmen meiner Lehrtätigkeit auch an die Nachwuchsforschenden weiterzugeben.“
Die APS ist die wichtigste Berufsorganisation für Physiker*innen in den Vereinigten Staaten und eine der renommiertesten weltweit. Sie hat über 55.000 Mitglieder aus dem akademischen Bereich, den nationalen Laboratorien und der Industrie. Die Aufgabe der APS besteht darin, das physikalische Wissen zum Nutzen der Menschheit zu erweitern und zu verbreiten, die Physik zu fördern und der gesamten Physikgemeinschaft zu dienen. Die Fellows werden aufgrund ihrer herausragenden Beiträge zur Physik ausgesucht. Jedes Jahr werden auf der Grundlage eines genau definierten Nominierungs- und Bewertungsverfahrens nicht mehr als ein halbes Prozent der APS-Mitglieder zu Fellows gewählt. (CP)
„Das eng beieinanderliegende Erscheinen der beiden Inhalte demonstriert exemplarisch das außerordentlich weite thematische Spektrum an Spitzenforschung bei GSI und FAIR von Grundlagenforschung bis angewandte Forschung. Ich freue mich sehr über die herausragende und breit aufgestellte Wissenschaft auf unserem Forschungscampus“, sagt der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino.
Mit medizinischer Forschung beschäftigt sich der Beitrag von Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, den er gemeinsam mit zwei renommierten Radioonkologen veröffentlicht hat: Professor Jürgen Debus, Wissenschaftlich-medizinischer Direktor des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums (HIT) und Ärztlicher Direktor der Klinik für Radio-Onkologie und Strahlentherapie an der Universität Heidelberg, und Professor Jay Stephen Loeffler, Leiter der Strahlenonkologie am Massachusetts General Hospital und der Harvard Medical School in Boston.
Der Artikel beschreibt den aktuellen Stand der Schwerionen-Strahlentherapie, mit der GSI in Europa als Erste begonnen hatte. Die klinischen Ergebnisse aus Japan und Deutschland sind vielversprechend, doch ist weitere Forschung und Entwicklung im Bereich der Beschleuniger und der Strahlführung erforderlich, um die Geräte kleiner und kostengünstiger zu machen und um neue, faszinierende Behandlungsmodalitäten wie FLASH und radioaktive Ionenstrahlen für die bildgesteuerte Therapie zu nutzen. Durante und seine Mit-Autoren weisen darauf hin, dass die Kombination von leichten und schweren Ionen – eher als ein „Allheilmittel“ zu sein – optimale biologische Wirkungen haben kann, und unterstreichen die Notwendigkeit weiterer vorklinischer Forschung in diesen Bereichen.
Um Grundlagenforschung dreht sich der Beitrag von Professor Takehiko R. Saito, leitender Wissenschaftler aus der GSI/FAIR-Forschungssäule NUSTAR, den er als Erstautor gemeinsam mit mehreren Forschungskolleg*innen veröffentlicht hat. Von GSI/FAIR waren Vasyl Drozd, Dr. Shizu Minami und Professor Christoph Scheidenberger beteiligt.
Die Forschenden lenken den Blick auf Hyperkerne; das sind Kerne, die neben Protonen und Neutronen einen weiteren Kernbaustein mit einem so genannten Strange-Quark enthalten. Die Untersuchungen solcher Hyperkerne mittels energetischer Schwerionenkollisionen haben bei den leichten Hyperkernen mit nur wenigen Protonen oder Neutronen und einem Λ-Hyperon - letzteres enthält das Strange Quark - einige Überraschungen ergeben, z.B. die unerwartete Existenz eines gebundenen Zustands von zwei Neutronen mit einem solchen Λ-Hyperon. „Die Lösung dieser Rätsel wird sich auf unser Verständnis nicht nur der grundlegenden baryonischen Wechselwirkungen mit Strange-Quarks, sondern auch der Beschaffenheit des tiefen Inneren von Neutronensternen auswirken. Wir fassen hier laufende Projekte und Experimente an verschiedenen Einrichtungen weltweit zusammen und skizzieren Zukunftsperspektiven“, erläutern die Autoren. (BP)
Veröffentlichung "New directions in hypernuclear pysics" in Nature Reviews Physics (Englisch)
]]>Alle heute auf der Erde existierenden schweren Elemente wurden unter extremen Bedingungen in astrophysikalischen Umgebungen gebildet: im Inneren von Sternen, in Sternexplosionen, sowie während der Kollision von Neutronensternen. Forschende beschäftigt die Frage, in welchem dieser astrophysikalischen Ereignisse die geeigneten Bedingungen zur Bildung der schwersten Elemente wie Gold oder Uran vorhanden sind. Die spektakuläre erste Beobachtung von Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung einer Neutronensternverschmelzung im Jahr 2017 deutete darauf hin, dass viele schwere Elemente in diesen kosmischen Kollisionen erzeugt und freigesetzt werden können. Offen bleibt jedoch die Frage, wann und warum das Material herausgeschleudert wird und ob es womöglich noch andere Ereignisse gibt, in denen schwere Elemente produziert werden können.
Aussichtsreiche Kandidaten für die Produktion von schweren Elementen sind schwarze Löcher, die von einer Akkretionsscheibe aus dichter und heißer Materie umkreist werden. Ein solches System entsteht sowohl nach der Verschmelzung zweier massiver Neutronensterne als auch während eines sogenannten Kollapsars, dem Kollaps und der anschließenden Explosion eines rotierenden Sternes. Die interne Zusammensetzung solcher Akkretionsscheiben war bisher weitestgehend unverstanden, insbesondere was die Bedingungen angeht, unter denen sich ein Überschuss an Neutronen bildet. Eine hohe Anzahl an Neutronen ist eine Grundvoraussetzung für die Synthese schwerer Elemente, da sie den schnellen Neutroneneinfang (rapid neutron-capture process bzw. r-Prozess) ermöglicht. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die nahezu masselosen Neutrinos, da sie eine Umwandlung zwischen Protonen und Neutronen ermöglichen.
„Wir haben in unserer Studie erstmals mittels aufwändiger Computersimulationen systematisch die Umwandlungsraten von Neutronen und Protonen für eine große Zahl an Scheibenkonfigurationen untersucht und dabei gefunden, dass die Scheiben sehr reich an Neutronen sind, solange bestimmte Bedingungen erfüllt sind“, erklärt Dr. Oliver Just aus der Gruppe „Relativistische Astrophysik“ der GSI-Forschungsabteilung „Theorie“. „Maßgeblich ist die Gesamtmasse der Scheibe. Je massereicher die Scheibe, desto öfter werden Neutronen aus Protonen durch Einfang von Elektronen und unter Abstrahlung von Neutrinos gebildet und stehen somit zur Synthese schwerer Elemente mittels r-Prozess zur Verfügung. Bei zu hohen Scheibenmassen spielt die entgegengesetzte Reaktion eine erhöhte Rolle, das heißt, es werden wieder mehr Neutrinos von Neutronen eingefangen, bevor sie die Scheibe verlassen. Diese Neutronen wandeln sich zurück in Protonen um, was den r-Prozess behindert.“ Wie die Studie zeigt, liegt die optimale Scheibenmasse für eine ergiebige Produktion an schweren Elementen bei etwa 0,01 bis 0,1 Sonnenmassen. Das Ergebnis liefert ein starkes Indiz, dass Neutronensternverschmelzungen, die Akkretionsscheiben mit genau diesen Massen erzeugen, der Ursprungsort eines großen Anteils der schweren Elemente sein könnten. Ob und wie häufig entsprechende Akkretionsscheiben in Kollapsar-Systemen vorkommen, ist allerdings derzeit noch unklar.
Neben den möglichen Prozessen des Massenauswurfs werden in der Forschungsgruppe rund um Privatdozent Dr. Andreas Bauswein auch die von der ausgestoßenen Materie erzeugten Lichtsignale erforscht, mithilfe derer man in zukünftigen Beobachtungen kollidierender Neutronensterne auf die Masse und Zusammensetzung der ausgestoßenen Materie rückschließen möchte. Ein wichtiger Baustein für das korrekte Auslesen dieser Lichtsignale ist die genaue Kenntnis der Massen und anderer Eigenschaften der neu gebildeten Elemente. „Diese Daten sind derzeit nur unzureichend vorhanden. Aber mit der nächsten Generation von Beschleunigern, beispielsweise mit FAIR, werden sie in Zukunft mit bisher unerreichter Genauigkeit gemessen werden können. Das gut koordinierte Zusammenspiel von theoretischen Modellen, Experimenten und astronomischen Beobachtungen wird uns Forschenden in den nächsten Jahren ermöglichen, Neutronensternverschmelzungen als Ursprung der r-Prozess-Elemente zu testen“, prognostiziert Bauswein. (CP)
Die Geschäftsführung von GSI und FAIR gratuliert herzlich zum Nobelpreis: „Wir freuen uns sehr mit Giorgio Parisi, der neben seinen mit dem Nobelpreis gewürdigten Beiträgen für herausragende Wissenschaft im Bereich der Elementarteilchenphysik steht, wie sie auch auf unserem Campus an GSI und FAIR betrieben wird.“
Der Italiener Giorgio Parisi hat sich zusätzlich zu und zeitlich vor seinen nun ausgezeichneten Arbeiten zu „Unordnung und Fluktuationen in physikalischen Systemen“ mit der Physik der Elementarteilchen beschäftigt. Er leistete zusammen mit dem italienischen Physiker Nicola Cabibbo einen wichtigen Beitrag zum Verständnis des Phasenübergangs zwischen Quark-Gluon-Plasma und hadronischer Materie und machte im Rahmen der APE Kollaboration (Array Processor Experiment am Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN, in Italien) grundlegende Entdeckungen zur Struktur von Hadronen, insbesondere zu „Glueballs“. Seine bahnbrechende Veröffentlichung zusammen mit dem italienischen Physiker Guido Altarelli zu „Asymptotic freedom in parton language“ ( Nucl.Phys.B 126 (1977) 298-318 ) ist mit mehr als 7500 Zitationen eine der am meisten zitierten Arbeiten in der gesamten Kern-und Teilchenphysik und hat die Grundlagen gelegt für unser Verständnis der Rolle von Gluonen in Kollisionen zwischen Elementarteilchen und/oder Atomkernen bei hoher Energie. Sie hat zu den „DGLAP“-Gleichungen geführt, die zentral sind für die quantitative Beschreibung der allermeisten Hochenergie-Kollisionen.
Giorgio Parisis wissenschaftliche Ansätze werden auch in Zukunft viel Gewicht am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR haben: Die Arbeit mit Cabibbo ist ein wichtiger Meilenstein für die Physik zum Quark-Gluon-Plasma und damit direkt verknüpft mit dem Physikprogramm des CBM Experimentes. Die Arbeiten mit der APE-Kollaboration und insbesondere die mit Altarelli, bilden unter vielem anderen auch die Basis für Forschung, die am PANDA-Experiment geplant sind.
Parisi hielt außerdem 2018 bei der „Quark Matter Konferenz“, der wichtigsten internationalen Konferenz auf diesem Gebiet, in Venedig den Eröffnungsvortrag zum wissenschaftlichen Programm mit dem Titel „Some considerations on the quark-gluon plasma“. Der erste Teil des Vortrags ging über das oben zitierten Cabibbo-Parisi-Papier und die heute noch aktuelle Frage der Thermalisierung in komplexen Systemen und bereitete damit den Boden zu wichtigen Diskussionen auf der Konferenz. Der zweite Teil beschäftigte sich mit der Struktur komplexer Systems, dem nun mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Forschungsbereich.
In der Mitteilung des Nobelpreiskomitees zur Würdigung von Giorgio Parisis Leistung heißt es: „Um 1980 entdeckte Giorgio Parisi verborgene Muster in ungeordneten komplexen Materialien. Seine Entdeckungen gehören zu den wichtigsten Beiträgen zur Theorie der komplexen Systeme. Sie ermöglichen es, viele verschiedene und scheinbar völlig zufällige Materialien und Phänomene zu verstehen und zu beschreiben, nicht nur in der Physik, sondern auch in anderen, sehr unterschiedlichen Bereichen wie Mathematik, Biologie, Neurowissenschaften und maschinelles Lernen.“
Diese Bandbreite betont auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino: „Die Entscheidung des Nobelpreiskomitees zeigt, wie eng scheinbar entferntere Forschungsbereiche zusammenhängen und wie wichtig die grundlegenden Methodiken zur komplexen Beschreibung von ganz unterschiedlichen naturwissenschaftlichen Phänomenen sind. Sie bringen sich gegenseitig voran und befruchten sich. Grundlagenforschung ist daher ganz entscheidend. Ich freue mich außerordentlich über diese besondere Würdigung der wissenschaftlichen Arbeit meines Kollegen und Freundes.“
Der gebürtige Römer Parisi schloss 1970 sein Physikstudium an der Universität La Sapienza in Rom ab, wo er seit 1992 Professor für Quantenphysik ist. Er arbeitet auf verschiedenen Teilgebieten der Physik, etwa der Hochenergiephysik, der Quantenchromodynamik, der Theorie der Phasenübergänge, der Statistischen Mechanik, der Mathematischen Physik, der Biophysik und in anderen Bereichen. (BP)
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Sämtliche bekannten Atomkerne und damit fast die gesamte sichtbare Materie bestehen aus Protonen und Neutronen – und doch sind viele Eigenschaften dieser allgegenwärtigen Bausteine der Natur noch nicht verstanden. Insbesondere das Neutron als ungeladenes Teilchen verschließt sich vielen Messungen und es gibt auch 90 Jahre nach seiner Entdeckung noch viele offene Fragen, beispielsweise in Bezug auf seine Größe und seine Lebensdauer. Das Neutron besteht seinerseits aus drei Quarks, die, über Gluonen verbunden, darin umherschwirren. Physiker*innen nutzen elektromagnetische Formfaktoren, um diese dynamische innere Struktur des Neutrons zu beschreiben. Die Formfaktoren geben somit eine mittlere Verteilung von elektrischer Ladung und Magnetisierung innerhalb des Neutrons wieder und können experimentell bestimmt werden.
„Ein einzelner Formfaktor, gemessen bei einer bestimmten Energie, sagt zunächst einmal nicht viel aus“, erläutert Prof. Dr. Frank Maas, Wissenschaftler am Mainzer Exzellenzcluster PRISMA+, dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM) und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. „Erst die Kenntnis der Formfaktoren bei verschiedenen Energien erlaubt Rückschlüsse auf die Struktur des Neutrons.“ Für bestimmte Energiebereiche, die über klassische Streuexperimente von Elektronen an Protonen zugänglich sind, sind die Formfaktoren mit guter Genauigkeit bekannt. Für weitere Bereiche, die nur über sogenannte Annihilations-Experimente, bei denen sich Materie und Antimaterie gegenseitig vernichten, zugänglich sind, war dies bisher nicht der Fall.
Nun es ist es gelungen, am BESIII-Experiment in China genau diese Daten für den Energiebereich von 2 bis 3,8 Gigaelektronenvolt zu messen, und zwar im Vergleich zu vorherigen Messungen mit mehr als 60-mal größerer Genauigkeit, wie die Kollaboration in der aktuellen Ausgabe von Nature Physics berichtet. „Im übertragenen Sinne haben wir einen weißen Fleck auf der ,Landkarte‘ der Neutron-Formfaktoren, der bisher unbekanntes Terrain war, mit neuen Daten ausgefüllt“, sagt Frank Maas. „Diese sind nun ähnlich präzise wie Daten aus den korrespondieren Streuexperimenten. Dadurch wird sich die Datenlage hinsichtlich der Formfaktoren des Neutrons radikal verändern und wir erhalten auf diese Weise ein weit umfassenderes Bild über diesen wichtigen Baustein der Natur.“
Um in den gewünschten Bereich der Formfaktor-„Landkarte“ vordringen zu können, benötigen die Physiker*innen Antiteilchen. Für ihre Messungen nutzte die internationale Kollaboration daher den „Beijing Electron-Positron Collider II“. Hier werden Elektronen und ihre positiven Antiteilchen, die Positronen, in einem Beschleuniger zur Kollision gebracht und vernichten sich unter Aussendung verschiedener neuer Teilchenpaare gegenseitig – die Physik nennt dies Annihilation. Den Prozess, bei dem sich aus einem Elektron und einem Positron ein Neutron und ein Anti-Neutron bilden, haben die Forschenden mit dem BESIII Detektor beobachtet und analysiert. „Solche Annihilations-Experimente sind bei Weitem nicht so etabliert wie klassische Streuexperimente“, sagt Frank Maas. „Viel Entwicklungsarbeit war nötig, um das aktuelle Experiment durchführen zu können – die Intensität des Beschleunigers musste verbessert und der Detektor für das schwer fassbare Neutron praktisch neu erfunden werden. Auch die Analysetechnik ist alles andere als trivial. Da hat unsere Kollaboration echte Pionierarbeit geleistet.“
Damit noch nicht genug: Bei ihren Messungen haben die Physiker*innen festgestellt, dass der Formfaktor in Abhängigkeit der Energie keine glatte Linie ergibt, sondern ein oszillierendes Muster zeigt, bei dem die Ausschläge mit zunehmender Energie kleiner werden. Dieses überraschende Verhalten haben sie in ähnlicher Weise beim Proton beobachtet – allerdings sind die Ausschläge gespiegelt, also phasenverschoben. „Das neue Feature spricht zunächst einmal dafür, dass die Nukleonen keine einfache Struktur haben“, erläutert Frank Maas. „Nun sind unsere Kolleginnen und Kollegen in der Theorie gefragt, Modelle für dieses außergewöhnliche Verhalten zu entwickeln.“
Schließlich rückt die BESIII-Kollaboration mit ihren Messungen noch das Bild des Verhältnisses der Formfaktoren von Neutron und Proton zurecht. Hier hatte das FENICE-Experiment vor vielen Jahren ein Verhältnis größer eins gemessen, was bedeutet, dass das Neutron durchgehend einen größeren Formfaktor aufweist als das Proton. „Da das Proton geladen ist, würde man es aber genau umgekehrt erwarten“, so Frank Maas. „Und genau dies sehen wir, wenn wir unsere Daten zum Neutron mit kürzlich bei BESIII gemessenen Daten zum Proton vergleichen. Hier haben wir unser Bild der kleinsten Teilchen also wieder zurechtgerückt.“
Wichtig sind die neuen Erkenntnisse vor allem, weil sie sehr grundlegend sind, meint Frank Maas. „Sie geben einen neuen Einblick in die fundamentalen Eigenschaften des Neutrons. Zudem können wir durch den Blick auf die kleinsten Bausteine der Materie auch Phänomene verstehen, die sich in den größten Dimensionen abspielen – wie die Verschmelzung zweier Neutronensterne. Diese Physik der Extreme ist schon sehr faszinierend.“ (JGU/JL)
Der Otto-Hahn-Preis 2021 geht an Professor Klaus Blaum vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Die Auszeichnung ist mit 50.000 Euro dotiert und wird gemeinsam von der Stadt Frankfurt am Main, der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) und der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) getragen. Die Verleihung erfolgte am 5. November im festlichen Rahmen der Frankfurter Paulskirche. Durch seine wissenschaftliche Arbeit, aber auch durch wichtige Gremientätigkeiten ist Klaus Blaum seit langem mit GSI und FAIR verbunden. Beispielsweise war er viele Jahre als Mitglied im GSI-Aufsichtsrat tätig sowie stellvertretender Vorsitzender des FAIR-GSI Joint Scientific Council.
„Eine Passion für Präzision“ charakterisiert in prägnanter Form die Forschung des Physikers Klaus Blaum, der in diesem Jahr mit dem Otto-Hahn-Preis ausgezeichnet wird. Seine Arbeiten sind wegbereitend für weite Bereiche der Atom-, Kern- und Teilchenphysik, insbesondere für den Test der fundamentalen Kräfte der Natur im Mikrokosmos.
„Die Fragen, mit denen sich Klaus Blaum auseinandersetzt, sind nur auf den ersten Blick weit weg von unserer Lebenswirklichkeit“, beschreibt Oberbürgermeister Peter Feldmann die Arbeiten des Preisträgers. „Er ist, wie man als Laie vielleicht sagen könnte, der Kartograph des Mikrokosmos. Mit Akribie und Genauigkeit vermisst er, welche Kräfte dort walten. Durch ihn begreifen wir die Wirkmechanismen unserer Umwelt. Er beweist, dass die so verstandene Arbeit im Kleinen eben nicht klein-klein ist – sondern, ganz im Gegenteil, unser Verständnis von Welt geradezu herausfordert.“
„Mit seiner Forschung erweitert Blaum unsere Erkenntnisse von den grundlegenden Eigenschaften der Bestandteile der uns umgebenden Materie“, ergänzt Lutz Schröter, Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Die Forschungsaktivitäten von Blaum sind weit gefächert und lassen sich am besten mit dem „Studium exotischer Teilchen und Zustände“ zusammenfassen. Dazu gehören Untersuchungen an hochgeladenen Ionen, an kurzlebigen Atomkernen, an Antimaterie sowie an schwersten, künstlichen Elementen.
„Mit Klaus Blaum erhält ein Ausnahmewissenschaftler den Otto-Hahn-Preis", sagt Peter R. Schreiner, Präsident der Gesellschaft Deutscher Chemiker. „Die Erkenntnisse aus seinen Arbeiten schaffen auch für die chemische Forschung wichtige Grundlagen.“
Heute werden die Eigenschaften elementarer Teilchen und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte oft bei höchsten Energien untersucht. Eine Reihe grundlegender Fragen der Teilchenphysik und der Kosmologie lassen sich aber besonders gut bei niedrigen Energien verfolgen.
Da hier die Effekte in der Regel außerordentlich winzig sind, ist höchste Präzision gefordert. Dazu entwickelte Blaum mit seiner Gruppe eine große Anzahl ausgeklügelter Techniken und führte die Experimente oft nur an einzelnen Teilchen bei tiefsten Temperaturen durch. Mittels einer Reihe brillanter Ideen und durch außergewöhnliches Experimentiergeschick kombinierte er anspruchsvolle Techniken der Atom-, Kern- und Beschleunigerphysik.
Blaum hat seine wissenschaftlichen Ergebnisse in mehr als 450 wissenschaftlichen Artikeln in den führenden und international höchst anerkannten Physikzeitschriften veröffentlicht. Obgleich er mit 49 Jahren in Wissenschaftskreisen als jung gilt, gehört er bereits zu den weltweit produktivsten und meistzitierten Forscherinnen und Forschern auf dem Gebiet der Präzisionsphysik und Messtechnik.
Klaus Blaum wurde am 27. Dezember 1971 in Bad Sobernheim in Rheinland-Pfalz geboren. Er studierte Physik an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, wo er nach dem Diplom 1997 und mehreren Forschungsaufenthalten am Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) in Richland, USA, im Jahr 2000 bei Ernst-Wilhelm Otten (1934 - 2019) promoviert wurde. Im Anschluss war er bis 2002 wissenschaftlicher Mitarbeiter am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und arbeitete am Europäischen Kernforschungszentrum CERN bei Genf. Dort war er bis 2004 Projektleiter für „Massenspektrometrie exotischer Kerne mit ISOLTRAP an ISOLDE“. Im Oktober 2004 übernahm Blaum für vier Jahre die Position des Projektleiters der Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe „Experimente mit gespeicherten und gekühlten Ionen“ an der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz. 2006 habilitierte er sich dort über Hochpräzisionsmassenspektrometrie mit Penningfallen für geladene Teilchen und Speicherringen.
Blaum lehrte von 2004 bis 2008 an der Universität Mainz. Für seine Lehrtätigkeit wurde ihm der Lehrpreis des Landes Rheinland-Pfalz 2006 verliehen. Im Oktober 2007 erhielt er im Alter von nur 35 Jahren die Berufung zum Direktor und wissenschaftlichen Mitglied des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg. Im April 2008 folgte seine Berufung zum Honorarprofessor (W3) der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Seit Juli 2020 ist Blaum als Vizepräsident der Max-Planck-Gesellschaft zuständig für die Institute der Chemisch-Physikalisch-Technischen Sektion.
Schon in jungen Jahren wurde Blaum mit einer Reihe von hoch angesehenen Preisen ausgezeichnet, darunter 2004 mit dem Gustav-Hertz-Preis der Deutschen Physikalischen Gesellschaft für seine hervorragenden Arbeiten über die Massenbestimmung instabiler Atomkerne sowie 2012 mit dem Helmholtz-Preis der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und 2020 mit dem Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft (EPS). 2019 wurde er als Auswärtiges Mitglied in die Physikklasse der "Royal Swedish Academy of Sciences" aufgenommen.
Der Otto-Hahn-Preis wird gemeinsam von der Stadt Frankfurt am Main, der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) verliehen. Er dient der Förderung der Wissenschaft insbesondere auf den Gebieten der Chemie, Physik und der angewandten Ingenieurwissenschaften durch die Anerkennung herausragender wissenschaftlicher Leistungen. Er ist mit 50 000 Euro dotiert und wird alle zwei Jahre mit einem Festakt in der Frankfurter Paulskirche verliehen. (DPG/GDCh/Stadt Frankfurt/BP)
Stream von der Verleihung des Otto-Hahn-Preises 2021 an Klaus Blaum
]]>Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professorin Silvia Masciocchi, Leiterin der Forschungsgruppe ALICE bei GSI, und Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit von GSI und FAIR, empfingen die italienischen Gäste. Im Mittelpunkt des Besuchsprogramms standen die aktuellen und geplanten Forschungstätigkeiten sowie die Hightech-Entwicklungen für FAIR, insbesondere die italienischen Aktivitäten dabei.
S.E. Botschafter Armando Varricchio gilt als einer der profiliertesten und bekanntesten Diplomanten der Republik Italien. Er verfügt über breite internationale Erfahrung auf verschiedenen politischen Ebenen und war diplomatischer Berater mehrerer italienischer Ministerpräsidenten. Seit Juni 2021 ist er Italienischer Botschafter in Deutschland, zuvor war er als Botschafter in den Vereinigten Staaten tätig. Armando Varricchio zeigte sich bei seinem Besuch beeindruckt von den vielversprechenden Perspektiven, die sich durch das internationale Beschleunigerzentrum FAIR ergeben, das derzeit bei GSI entsteht: „FAIR ist ein faszinierendes internationales Projekt, das einzigartige Möglichkeiten bietet und neue Entwicklungen vorantreibt. Die Forschung und die Experimente bei GSI und FAIR sind wichtig für den wissenschaftlichen Fortschritt, von dem die ganze Gesellschaft profitieren kann. Ich freue mich, dass Italien hier durch die Mitarbeit zahlreicher engagierter, italienischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie durch die italienische Hightech-Industrie eine wichtige Rolle spielt.“
„Ich bin außerordentlich erfreut, dass wir Armando Varricchio herzlich bei uns willkommen heißen konnten. Wir fühlen uns sehr geehrt, dass eine seiner ersten Reisen als Botschafter in Deutschland zu unserer Forschungseinrichtung führt und danken ihm für das große Interesse an unserer Wissenschaft“, sagte Professor Paolo Giubellino. „Die italienische Wissenschafts-Community und GSI/FAIR sind eng verbunden, Forschende aus Italien leisten hervorragende Beiträge in einer Vielzahl von wissenschaftlichen und technischen Bereichen bei GSI und FAIR, und Italien hat durch die Herstellung von High-Tech-Komponenten für FAIR einen großen industriellen Nutzen. Wir hoffen, dass wir diese erfolgreiche Zusammenarbeit mit Italien künftig noch weiter ausbauen können.“
Italien ist wissenschaftlich und technologisch stark bei GSI/FAIR engagiert: Auf eine langjährige Zusammenarbeit von italienischen Forschungseinrichtungen wie der italienischen nationalen Kernphysikinstitution (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) und GSI/FAIR aufbauend, sind italienische Forschende in vielen Bereichen und Kollaborationen bei GSI und FAIR vertreten. Dies gilt beispielsweise für den Bereich der Biophysik mit seiner großen thematischen Bandbreite von Weltraumforschung bis Tumortherapie, oder für das Großexperiment R3B, das Reaktionsexperimente mit hochenergetischen exotischen Kernen ermöglicht. Außerdem sind über 40 Mitarbeitende von GSI/FAIR Italiener*innen, darunter der wissenschaftliche Geschäftsführer und zwei Abteilungsleitende.
Außerdem werden mehrere wichtige Aufträge für FAIR-Hightech-Komponenten von italienischen Unternehmen umgesetzt. So werden beispielsweise die supraleitenden Magnete für den Fragmentseparator (Super-FRS), die zentrale Apparatur des NUSTAR-Experiments, von der Firma ASG Superconductors und die Stromrichter von OCEM hergestellt, beides italienische Firmen. Weitere Beispiele für wichtige technologische Zusammenarbeit gibt es auch beim großen FAIR-Ringbeschleuniger: Teile des Testprogramms für die Quadrupol-Modulreihe werden in einer Test-Einrichtung im italienischen Salerno durchgeführt.
Bei einem geführten Rundgang konnten sich die Gäste ausführlich über FAIR informieren. Zu den Stationen, an denen junge italienische Forschende ebenso wie verantwortliche Wissenschaftler*innen Einblicke in ihre Arbeit gaben, gehörten das Großexperiment HADES, der Medizinbestrahlungsplatz der Biophysik und die Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten. Außerdem konnten die Gäste von der Aussichtsplattform direkt an der FAIR-Baustelle den Fortschritt beim Bau des künftigen Beschleunigerzentrums in Augenschein nehmen. Anschließend gab es Gelegenheit für eine Zusammenkunft der diplomatischen Besucher mit italienischen Wissenschaftler*innen und eine kurze Ansprache des Botschafters an seine Landsleute, die bei GSI/FAIR arbeiten. (BP)
Armando Varricchio ist seit 21. Juni 2021 Italienischer Botschafter in der Bundesrepublik Deutschland, nachdem er seit dem 2. März 2016 als Italienischer Botschafter in den Vereinigten Staaten tätig war.
In der Ständigen Vertretung Italiens bei der Europäischen Union, als Kabinettschef des Ministers für Europäische Angelegenheiten und als Diplomatischer Berater des Präsidenten der Europäischen Kommission befasste sich Botschafter Varricchio hauptsächlich mit europäischen und transatlantischen Themen. Als Diplomatischer Berater der Ministerpräsidenten Enrico Letta und Matteo Renzi und zuvor als Beigeordneter Diplomatischer Berater von Staatspräsident Giorgio Napolitano betreute er die kompliziertesten internationalen Themen, insbesondere Sicherheitsfragen.
Als persönlicher Vertreter ("Sherpa") bei den G7-/G8- und G20-Gipfeln behandelte er sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene die wichtigsten globalen Themen, speziell Wirtschafts- und Finanzfragen.
Er war Botschafter in Belgrad und zuvor Leiter der Wirtschaftsabteilung der Botschaft in Washington, während er als junger Diplomat in Budapest die Auflösung des Warschauer Paktes und der Sowjetunion erlebte. Sein Studium der internationalen Beziehungen an der Universität Padua schloss er mit Auszeichnung (Laurea con lode) ab und schlug 1986 eine diplomatische Karriere ein, bis er 2014 den Rang eines Botschafters erreichte. Zuvor war er in der Privatwirtschaft als Assistent des Finanzdirektors des italienischen Textilunternehmens Marzotto Group tätig.
Er ist Träger des Großkreuzes des Verdienstordens der Italienischen Republik und erhielt zahlreiche Ehrungen aus dem Ausland.
]]>Dr. Christian Graeff, der die Gruppe Medizinische Physik innerhalb der GSI-Biophysik leitet, ist neuer Professor am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik (ETIT) der TU Darmstadt. Seine Lehrtätigkeit liegt im Rahmen des Masterstudiengangs Medizintechnik, der Kenntnisse und Fähigkeiten in den Ingenieurswissenschaften und der Humanmedizin vermittelt. Nach seinem Studium des Medizin-Ingenieurwesens an der TU Hamburg-Harburg hat Christian Graeff über Computertomographie-gestützte Osteoporosediagnostik zum Dr.-Ingenieur promoviert und zunächst als Postdoc in der Gruppe Medizinische Physik in der GSI-Abteilung Biophysik gearbeitet, bevor er 2012 die Leitung dieser Gruppe übernahm.
Schwerpunktthemen sind neben neuartigen Anwendungen von Ionenstrahlen (beispielsweise Forschungen zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen mit dem Einsatz von Kohlenstoffionen) auch die Entwicklung von Verfahren zur Bestrahlung bewegter Ziele mit gescannten Ionenstrahlen sowie die Entwicklung neuer Therapiekontrollsysteme für das Rasterscanning. Für seine wissenschaftlichen Leistungen wurde Christian Graeff unter anderem mit dem Günther-von-Pannewitz-Preis der Deutschen Gesellschaft für Radioonkologie (DEGRO) ausgezeichnet sowie mit dem Behnken-Berger-Preis für junge Nachwuchswissenschaftler*innen.
Dr. Burkhard Jakob, der die Gruppe Molekulare Radiobiologie und Bildgebung innerhalb der GSI-Biophysik leitet, übernimmt eine Honorarprofessur am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt. Zu seiner Lehrtätigkeit gehört beispielsweise die Durchführung des Mastermoduls „Strahlenbiophysik“. Nach seinem Studium der Chemie an der Universität Würzburg promovierte Burkhard Jakob über oxidationsempfindliche Fluoreszenzfarbstoffe zur Bestimmung der Ozonverteilung in Blättern. Zu GSI kam er 1999 als Postdoc, danach war er in der Gruppe Molekulare Radiobiologie als Seniorwissenschaftler tätig, bevor er 2019 die Leitung dieser Gruppe übernahm.
Schwerpunkte seiner Forschung liegen auf den biologischen Auswirkungen und der mikroskopischen Visualisierung von molekularen und zellulären Antworten auf ionisierende Strahlung wie DNA-Schäden und deren Reparaturmechanismen speziell nach Teilchenbestrahlung. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt Burkhard Jakob unter anderem den Preis der Deutschen Gesellschaft für Strahlenbiologische Forschung (GBS) für junge Wissenschaftler und den Hanns-Langendorff-Preis für den ersten Nachweis einer lokalen Schadensantwort im Zellkern nach dichtionisierender Teilchenstrahlung sowie den Messungen dynamischer Reparaturprozesse in lebenden Zellen an den Strahlplätzen der GSI.
Der Leiter der Abteilung, Marco Durante, der bereits Professor an der TUDa-Physik ist, sagte: „Ich bin sehr stolz auf die Gruppenleiter der Abteilung Biophysik. Ihre Berufung an die TUDa ist ein Zeichen für die Weltklasse-Wissenschaft, die unsere Gruppe bei GSI betreibt, und für die Qualität der Gruppenleiter. Die GSI-Biophysik ist weltweit führend in der Erforschung der biologischen Wirkungen schwerer Ionen und ihrer Anwendungen in der Therapie und im Weltraum.“ (BP)
]]>Die trilaterale Wissenschaftsplattform stand unter dem Motto „Grenzüberschreitende Innovationen für Mitteleuropa“. Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in enger Zusammenarbeit mit dem Freistaat Sachsen organisierte Konferenz brachte hochrangige Vertreter aus Politik, Bildung und Forschung aus Polen, der Tschechischen Republik und Deutschland zusammen, unter anderem nahmen Bundestagspräsident Wolfgang Schäuble, der polnische Ministerpräsident Mateusz Morawiecki und Petr Očko, der tschechische Vizeminister für Handel und Industrie daran teil.
Die Plattform bot große Perspektiven zu drängenden Themen wie nachhaltige regionale Zusammenarbeit, Industrie 4.0, wasserstoffbasierte Mobilitätsoptionen für die Zukunft, Industriebeteiligung an der Gründung von mehr Start-ups in einem tri- oder bilateralen Rahmen, bestehende Partnerschaften und Finanzierungsprogramme für die Mobilität junger Forschender und Studierender und zeigte auch auf, wie man von bestehenden Partnerschaften profitieren kann. Die Teilnehmenden diskutierten außerdem die Chancen und Herausforderungen von Forschung und Innovation für die nachhaltige wirtschaftliche Entwicklung Mitteleuropas.
Am zweiten Tag fand eine Podiumsdiskussion zum Thema deutsch-polnische Zusammenarbeit bei internationalen Großgeräten statt, die von Frau Ministerialdirigentin Dr. Oda Keppler vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) moderiert wurde. Diskussionsteilnehmer waren Professor Paolo Giubellino (Wissenschaftlicher Geschäftsführer GSI/FAIR, Alicja Nowakowska (Stellvertretende Vorsitzende des Verwaltungs- und Finanzausschusses von FAIR, Jagiellonen-Universität Polen) und Professor Maciej Chorowski (Wrocław University of Science and Technology, Polen). Die Podiumsteilnehmer informierten über das FAIR-Projekt als exemplarisches Beispiel für die deutsch-polnische Zusammenarbeit und betonten die Wichtigkeit eines gemeinsamen internationalen Vorgehens, einer wissenschaftlichen Zusammenarbeit und von starken Wirtschafts-Partnerschaften, um Spitzentechnologie in die wissenschaftliche Infrastruktur und auf den Markt zu bringen.
Die Veranstaltung markierte schon einen weiteren Schritt in der Zusammenarbeit zwischen GSI/FAIR und den polnischen Universitäten auf der Grundlage gegenseitiger Interessen mit dem Ziel, die Mobilitätsmöglichkeiten für junge Studierende und Forschende zu fördern, Synergien zwischen den Partnern zu erzeugen und die Schaffung eines Rahmens für den Aufbau von Kapazitäten für den künftigen FAIR-Betrieb zu erleichtern. Bei der feierlichen Unterzeichnung in Gegenwart von Staatssekretär Professor Wolf-Dieter Lukas beurkundeten die polnischen Universitätsvertreter Professor Przemyslaw Wiszewski, Rektor Universität Wrocław, und Professor Maciej Chorowski, Wrocław University of Science and Technology, gemeinsam mit den FAIR-Geschäftsführern Dr. Ulrich Breuer und Professor Paolo Giubellino die Partnerschaftsvereinbarungen. Die Veranstaltung wurde live über die Streaming-Plattform des BMBF auf dessen Website übertragen.
Professor Paolo Giubellino sagte: „Das FAIR-Projekt ist ein internationales Projekt zum Aufbau einer Weltklasse-Einrichtung für Wissenschaftler*innen der nächsten Generation. Polen ist eines der Gründungsmitglieder von FAIR. Ich freue mich sehr, dass zwei der führenden polnischen Universitäten und FAIR/GSI zusammenarbeiten, um Mobilitätsmöglichkeiten zu fördern und Nachwuchsforschende darin zu unterstützen, in der Grundlagenwissenschaft und bei fortschrittlichen Technologien zusammenzuarbeiten. Internationale Kollaborationen sind essenziell, um die Qualität der Forschung zu verbessern und die Entwicklung von Talenten zu fördern. Die GET_INvolved-Partnerschaften mit der Universität Breslau und der Wrocław University of Science and Technology sind Beispiele für unsere fruchtbare Zusammenarbeit mit polnischen Universitäten bei der Schaffung von Möglichkeiten für junge Wissenschaftler*innen.“
Professor Przemyslaw Wiszewski sagte: „Die Universität Wrocław möchte gemeinsam mit anderen Forschungszentren internationale Spitzenforschung betreiben. Dazu ist es wichtig, unsere geografische Lage zu nutzen. Hier in Mitteleuropa, im Dreiländereck von Polen, Tschechien und Deutschland, wollen wir europaweit wichtige Forschungen und Projekte durchführen. Unser Ziel ist es, dass Europa in einigen Jahren von einem starken internationalen Forschungskonsortium erfährt, in dem nicht nur Forschende aus unseren drei Ländern zusammenarbeiten, sondern für das wir, dank der starken wissenschaftlichen Position, hervorragende Forschende aus der ganzen Welt anziehen.“
Professor Maciej Chorowski sagte: „Die Wrocław University of Science and Technology ist ein anerkanntes Exzellenzzentrum für Kryotechnik – eine Schlüsseltechnologie für supraleitende Hochenergiebeschleuniger. Dank des Baus der FAIR-Beschleunigeranlage haben wir die einzigartige Gelegenheit, hochmoderne Komponenten zu entwickeln und zu liefern, die das Kühlen auf Tiefsttemperaturen von supraleitenden Magneten und Sammelschienen ermöglichen. Die bei FAIR und anderen Großforschungseinrichtungen gesammelten Erfahrungen ermöglichen es uns, aktiv an der wasserstoffgetriebenen Transformation von Energieerzeugung und Mobilität mitzuwirken. Die GET_INvolved-Partnerschaft mit FAIR wird Studierenden und jungen Forschenden den Zugang zu einer globalen Forschungsgemeinschaft erleichtern.“
Professor Dariusz Lydzba sagte: „An der Wrocław University of Science and Technology streben wir an, eine bedeutende europäische Forschungsuniversität zu werden. Deshalb ist die Entwicklung der internationalen Zusammenarbeit so wichtig für uns. Nicht nur, um zu zeigen, welche Möglichkeiten und Labore wir haben, sondern auch, um den Wissenschaftler*innen von Wrocław Tech den Zugang zu den Lösungen unserer europäischen Partner zu erleichtern. Diese Vereinbarung ist ein Beleg dafür, aber auch ein klares Signal, dass die Position der Wrocław University of Science and Technology stärker wird. Ich glaube, dass dies für alle Mitglieder des Konsortiums ein großer Schritt in die Zukunft sein wird, und wir werden nicht lange auf die Effekte warten müssen.“ (BP)
Für weitere Informationen über das GET_INvolved-Programm können sich Interessierte an die jeweiligen Koordinatoren Dr. Pradeep Ghosh (GSI und FAIR, Pradeep.Ghosh@fair-center.eu), Dr. Jaroslaw Polinksi (WUST, jaroslaw.polinski@pwr.edu.pl) und Professor Eugeniusz Zych (University of Wrocław, prorektor.nauka@uwr.edu.pl) wenden.
Ganz besonderen exotischen Atomkernen wollen die Wissenschaftler*innen in der kommenden Experimentierzeit nachjagen: sogenannten Hyperkernen. Gewöhnliche Atomkerne bestehen aus Protonen und Neutronen, die sich wiederum aus insgesamt drei Up- und Down-Quarks zusammensetzen. Ersetzt man eins der Quarks durch eine andere Sorte, nämlich durch ein Strange-Quark, erhält man ein Hyperon. Atomkerne, in denen ein oder mehrere Hyperonen eingebaut sind, heißen Hyperkerne. Sie lassen sich mithilfe von Teilchenkollisionen an Beschleunigern erzeugen. Anschließend können ihre Zerfälle in Messaufbauten wie dem WASA-Detektor und dem FRS beobachtet und ihre Eigenschaften im Detail untersucht werden.
Professor Takehiko Saito, leitender Wissenschaftler aus der GSI/FAIR-Forschungssäule NUSTAR, ist Erstautor der Veröffentlichung „New directions in hypernuclear physics“ (dt. Neue Wege in der Hyperkern-Physik) in der Fachzeitschrift „Nature Reviews Physics“, in der bisherige Ergebnisse, offene Fragen und neue Möglichkeiten im Bereich der Hyperkernforschung aufgezeigt werden. „Die Hyperkerne könnten Licht auf die Vorgänge im Inneren von Neutronensternen werfen. Nach aktuellen Vorhersagen sollten Hyperkerne dort sehr zahlreich vorkommen. Allerdings sind einige ihrer Eigenschaften noch nicht hinreichend genau bekannt. Unter anderem wollen die Forschenden in den geplanten Experimenten die Bindungsenergie und die Lebensdauern von verschiedenen Hyperkernen genauer bestimmen sowie neue Variationen entdecken“, berichtet Saito. „Dazu hat das schon früher bei GSI/FAIR durchgeführte HypHI-Experiment bereits entscheidende Vorarbeiten geleistet, stieß nun aber an seine Grenzen. Die Kombination aus WASA und FRS verspricht verbesserte Ergebnisse und Informationen zu liefern. Der Detektor hat eine höhere Nachweiseffizienz für die Messung aller Zerfallsprodukte der Hyperkerne. In Zukunft wird auch die FAIR-Anlage, die gerade errichtet wird, umfassende neue Möglichkeiten zur Erforschung der Hyperkerne eröffnen.“
WASA steht für „Wide Angle Shower Apparatus”, auf Deutsch: Weitwinkel-Apparat für (Teilchen-)Schauer. Das Design erlaubt die Verfolgung einer großen Anzahl von Teilchenspuren aus hochenergetischen Kernkollisionen. So ist das Instrument dann auch eine riesige, fast geschlossene Kugel, die innen mit einer Vielzahl von Messgeräten bestückt ist, die teils wie Stacheln nach außen ragen. Sie bestehen aus Szintillations- und Gasdetektoren, die geladene und neutrale Teilchen nachweisen können. Im Inneren steckt ein supraleitender Solenoid-Magnet, der mit flüssigem Helium auf vier Kelvin abgekühlt werden muss. Die meisten Teile des Detektors werden derzeit durch die internationale WASA@FRS-Kollaboration modernisiert. Einen großen Anteil an der Entwicklung und den Verbesserungen des Detektors trägt dabei das japanische Team der Kollaboration.
Verantwortlich für den technischen Aufbau des WASA-Detektors am FRS sind die beiden NUSTAR-Ingenieure Tobias Weber und Philipp Schwarz. „Aufgrund der engen räumlichen Gegebenheiten war der kompakte und leistungsfähige WASA-Detektor die beste Wahl für das Experiment am FRS“, erläutert Weber. „Wir mussten dazu Teile des FRS ausbauen, um Platz für WASA freizuräumen.“ Schwarz ergänzt: „Um den Detektor an seinen Einsatzort zu bringen, mussten wir die tonnenschweren, aber höchst empfindlichen Komponenten des Detektors mittels mehrerer Deckenkräne vorsichtig quer durch unsere Experimentierhallen transportieren. Bisher hat alles gut und dem Zeitplan entsprechend geklappt. Demnächst können wir die Inbetriebnahme am FRS starten, damit für die Experimente nächstes Jahr alles bereit ist.“
Vor dem Einbau bei GSI/FAIR hat WASA schon einige Einsätze hinter sich gebracht. Der Aufbau wurde ursprünglich am Svedberg-Labor in Schweden und später am COSY-Ring des Forschungszentrums Jülich genutzt. Auch die Nutzung am FRS ist nur temporär. Im Anschluss an die Experimente wird er ausgebaut, so dass der FRS wieder bereit für weitere NUSTAR-Experimente zur Untersuchung exotischer Nuklide ist. (CP)
Die Arbeit befasst sich mit leistungsstarken lasergesteuerten Quellen im XUV-Bereich als Alternative zu großtechnischen Lichtquellen wie Synchrotrons oder Freie-Elektronen-Lasern (FEL). Diese können, wie Klas zeigte, durch die Erzeugung hoher Harmonischer (High Harmonic Generation, HHG) von ultraschnellen Faserlasern mit hoher Durchschnittsleistung erreicht werden. Solche laserähnlichen XUV-Quellen, die weniger komplex und für den Benutzer besser zugänglich sind, finden heute Anwendung in der linsenlosen Bildgebung oder der zeitaufgelösten Spektroskopie. Insbesondere können sie mit den Speicherringanlagen bei GSI und FAIR für die Präzisionsspektroskopie kombiniert werden. Diese Verbindung wird eine einzigartige Forschung über den heutigen Stand der Technik hinaus ermöglichen.
Zur Umsetzung wurde eine Machbarkeitsstudie zur XUV-Photoionisation von Kohlenstoffionen auf der Grundlage einer lasergetriebenen XUV-Quelle vorgeschlagen, erhielt Strahlzeit und wurde von der SPARC-Kollaboration am CRYRING in den Jahren 2019 und 2021 durchgeführt. Klas hat im Rahmen seiner Promotion bahnbrechende Beiträge geleistet, um erstmals XUV-Laserspektroskopie an Schwerionenspeicherringen zu ermöglichen. Die Arbeiten wurden an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, am Fraunhofer Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena und am Helmholtz-Institut Jena durchgeführt.
Der SPARC PhD Award wird seit 2018 jährlich verliehen und ist mit einem Preisgeld von 200 Euro verbunden. Mit dem Preis wird die beste Promotionsarbeit innerhalb der Kollaboration bezüglich der Atomphysik mit Schwerionen an den Forschungsanlagen von GSI und FAIR geehrt. SPARC steht für Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration (dt. Forschungskollaboration für die Atomphysik mit gespeicherten Teilchen). Aktuell gehören über 400 Mitglieder aus 26 Ländern der Kollaboration an. Sie experimentieren mit den bestehenden atomphysikalischen Anlagen bei GSI und bereiten neue Experimente und Aufbauten am zukünftigen FAIR-Beschleuniger vor. (CP)
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Insgesamt fünf Meter lang ist der Kryostat des HELIAC-Demonstrators. In Zukunft wird er drei Beschleunigerkavitäten vom Typ Crossbar H-mode (CH) sowie eine Strahlfokussierungskavität (Buncher) enthalten. Diese Komponenten befinden sich noch im Test bzw. in der Fertigung. Deshalb sind zum jetzigen Zeitpunkt äußerlich identische Ersatzkavitäten verbaut, die jedoch keine inneren Strukturen enthalten. Sie werden genutzt, um das mechanische Verhalten des Moduls unter Abkühlung zu untersuchen. Bereits fertig eingebaut sind zwei Solenoidlinsen und zwei Korrekturelemente – beide supraleitend.
Erstmals konnte der Demonstrator nun erfolgreich auf vier Kelvin heruntergekühlt werden. Dazu wurde flüssiges Helium von der GSI-Magnettestanlage verwendet. Die supraleitenden Solenoidlinsen wurden genutzt, um Schwerionenstrahl aus dem GSI-Hochladungsinjektor durch das Kryomodul zu fokussieren und mit Hilfe von Korrekturspulen auf der Achse zu halten.
„So konnten mit dem Aufbau bereits alle relevanten transversalen strahloptischen Untersuchungen erfolgreich durchgeführt werden. Damit ist ein wichtiger Zwischenschritt bei der Inbetriebnahme des Moduls erreicht“, erläutert Professor Winfried Barth, Leiter der Sektion 1 für Beschleuniger und integrierte Detektoren am Helmholtz-Institut Mainz und gleichzeitig Leiter der Abteilung „Linac“ bei GSI/FAIR. Das Helmholtz-Institut Mainz, eine Außenstelle von GSI, verantwortet alle Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zum Bau des HELIAC.
„In Kürze wird der Advanced Demonstrator in das Labor für Supraleitende Radiofrequenz des Helmholtz-Instituts Mainz transportiert, das einmalige Fertigungsinfrastruktur zur Verfügung stellt und die zur Endmontage des Kryomoduls erforderlichen hochreinen Bedingungen bereit stellt“, ergänzt sein Stellvertreter und HELIAC-Projektleiter Dr. Maksym Miski-Oglu. „Dort sollen in einem nächsten Schritt die drei funktionalen CH-Kavitäten und der Buncher in das Kryomodul integriert werden. Die endgültige Inbetriebnahme mit Schwerionenstrahl ist für Mitte 2022 bei GSI/FAIR geplant.“
Die ebenfalls supraleitenden CH-Kavitäten des HELIAC können schwere Ionen mit hoher Effizienz beschleunigen. Aufgrund ihres Dauerstrich-Betriebsmodus bezeichnet man den Aufbau auch als cw-Linac (cw für engl. continuous wave). Von dem kontinuierlichen Teilchenstrahl des HELIAC sollen in Zukunft mehrere Experimentbereiche profitieren, beispielsweise die Forschung an neuen superschweren Elementen und die Materialforschung. (CP)
]]>Durch die Verknüpfung verschiedener Technologien hat ein interdisziplinäres Team von Wissenschaftler*innen der Materialforschung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, des Nationalen Wissenschaftlichen und Technischen Forschungsrates (CONICET) in Argentinien und der University of Illinois in den USA einen hochempfindlichen Nanoporen-Sensor entwickelt, der gezielt SARS-CoV-2-Viren und humane Adenoviren in verschiedensten Proben wie Speichel, Serum oder Umweltproben wie Abwasser nachweist. Der Sensor kombiniert zwei Schlüsselkomponenten: einen empfindlichen Nanokanal und hochspezifische DNA-Moleküle, die an der Kanaloberfläche angebracht sind. Nach Angaben der Forschungsgruppen ist die Methode genauso präzise wie PCR-Tests, aber einfacher und schneller und liefert Ergebnisse in weniger als zwei Stunden. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Die Technologie zur Herstellung von Membranen mit einzelnen Nanoporen wurde am GSI über viele Jahre entwickelt. Dünne Polymerfilme werden am Linearbeschleuniger UNILAC mit einem einzelnen hochenergetischen Schwerionenprojektil (z.B. 1 GeV Goldion) beschossen. Dort, wo das Ion die Folie passiert, erzeugt es eine nanoskopische Schadensspur, die durch chemisches Ätzen in einen offenen Nanokanal umgewandelt wird. Der Durchmesser und die Form des Kanals werden durch die Ätzparameter eingestellt. Für diese Arbeit wurden asymmetrische Nanoporen mit einer kleinen Öffnung von weniger als 50 Nanometern hergestellt. Die geringe Größe und die spezifische Geometrie gewährleisten eine besonders hohe Empfindlichkeit für Transportprozesse durch den Kanal.
Die Selektivität des Sensors wird durch einen In-vitro-Selektionsprozess für DNA-Fragmente erreicht, sogenannte Aptamere, die in die Nanopore eingebaut werden. Diese Aptamere sind nicht nur in der Lage, das Virus zu erkennen, sondern können auch erkennen, ob es infektiös ist oder nicht. Die hier verwendeten Aptamere wurden von Ana Sol Peinetti während ihrer Arbeit als Postdoktorandin an der University of Illinois in Urbana-Champaign entwickelt. Da sie mit der GSI-Nanoporen-Technologie durch ihre vorherige Arbeit mit der Gruppe von Omar Azzaroni am Institut für theoretische und angewandte physikalisch-chemische Forschung (INIFTA, CONICET-UNLP) (Argentinien) vertraut war, konnte sie beide Technologien erfolgreich kombinieren.
Dass mit dieser Methode infektiöse und nicht infektiöse Viren unterschieden werden können, ist laut den Wissenschaftler*innen eine wesentliche Neuerung. Die bekannten PCR-Tests weisen virales Erbgut nach, können aber nicht unterscheiden, ob eine Probe infektiös ist oder ob eine Person ansteckend ist. Die einzigen Tests, die derzeit infektiöse Viren nachweisen können, sind Plaque-Tests. Sie erfordern eine spezielle Vorbereitung und tagelange Inkubation, bevor sie Ergebnisse liefern, während der neue Aptamer-Nanoporen-Sensor Ergebnisse innerhalb von 30 Minuten bis zu zwei Stunden liefert und keine Vorbehandlung der Probe nötig ist.
Ob ein Virus infektiös ist oder nicht gibt nicht nur Aufschluss darüber, ob Patient*innen ansteckend sind, sondern bietet auch eine Möglichkeit, herauszufinden, ob bestimmte Inaktivierungsstrategien tatsächlich funktionieren. "Zusammen mit Omar Azzaroni und Ana Sol Peinetti (jetzt Gruppenleiterin am Institut für Chemie, Physik der Materialien, Umwelt und Energie in Buenos Aires) arbeiten wir in einem neuen Projekt zusammen, in dem auf der Grundlage dieses neuen Sensors die Effizienz verschiedener Virusinaktivierungsprotokolle getestet werden soll", erklärt Maria Eugenia Toimil-Molares, Leiterin der Ionen-Spur-Nanotechnologiegruppe bei GSI.
Die Nanoporen-Sensortechnologie hat auch über die Corona-Pandemie hinaus großes Potenzial. "Um andere Viren nachzuweisen, muss man nach einem Pool von Molekülen suchen, die als Aptamere dienen: neue Moleküle für neue Viren. Wir beabsichtigen sogar, Aptamere zu erhalten, die zwischen verschiedenen Varianten von SARS-Cov-2 unterscheiden können", erklärt Peinetti. In der Veröffentlichung zeigen die Autoren auch den Nachweis infektiöser humaner Adenoviren, die weltweit für wasserbedingte Atemwegserkrankungen verantwortlich sind.
Über den Virusnachweis hinaus bildet die GSI-Nanoporentechnologie die Grundlage für weitere Sensoroptionen. Zahlreiche Gruppen auf der ganzen Welt entwickeln spezifische Funktionalisierungsstrategien, um Nanoporen-Sensoren selektive Funktionalitäten zu verleihen. Nanoporen in Ionenspurmembranen sind sehr vielseitig, da sie so modifiziert werden können, dass sie auf viele verschiedene äußere Veränderungen wie Temperatur, pH-Wert, Licht, Spannung oder das Vorhandensein bestimmter Ionenspezies, Moleküle oder Medikamente reagieren. In den letzten Jahren wurden in Zusammenarbeit mit den Kollegen am INIFTA mehrere hochempfindliche Nanoporen-Sensorplattformen entwickelt. "Unsere Vision ist es, die funktionalisierte Nanoporenmembran in ein tragbares Gerät zum schnellen und effizienten Nachweis und zur Diagnose von Viren zu integrieren", sagt Christina Trautmann, Leiterin der GSI-Abteilung Materialforschung. (LW)
Das Hessische Ministerium für Wissenschaft und Kunst hat die Gründung einer Forschungsakademie zur Förderung des Engagements hessischer Universitäten am Teilchenbeschleuniger FAIR bewilligt und fördert diese mit drei Millionen Euro pro Jahr. Die neue Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF) mit den drei Standorten Darmstadt, Frankfurt und Gießen unterstützt die auf FAIR ausgerichtete Wissenschaft an der Technischen Universität Darmstadt, der Goethe-Universität Frankfurt und der Justus-Liebig-Universität Gießen.
„Mit FAIR entsteht eine weltweit einzigartige Anlage, die auch für die hessische Forschungslandschaft von herausragender Bedeutung ist“, erklärt Hessens Wissenschaftsministerin Angela Dorn. „Mit dem Teilchenbeschleuniger wird es möglich sein, den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute zu erforschen. Es geht um Grundlagenwissen ebenso wie um die Entwicklung neuartiger Anwendungen für Technik und Medizin. Dabei sollen die hessischen Universitäten eine führende Rolle spielen. Auch die klugen Köpfe von morgen sollen von dieser Quelle des Wissens profitieren – die hessischen Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler und die Studierenden. Dafür etablieren wir die Helmholtz-Forschungsakademie Hessen für FAIR.“
Die internationale Großforschungsanlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) entsteht als außeruniversitäre Forschungseinrichtung neben dem Gelände des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt. Die Forschungsakademie soll als universitätsübergreifende Einrichtung die an den drei Hochschulen und am Frankfurt Institute für Advanced Studies (FIAS) vorhandene Expertise in den FAIR-Forschungsgebieten ausbauen und langfristig etablieren. Das Land hat die auf FAIR ausgerichtete Forschung an den Universitäten schon im Rahmen der LOEWE-Exzellenzinitiative unterstützt und so die Etablierung von rund 30 neuen Professuren ermöglicht. Die Forschungsakademie HFHF widmet sich nun hauptsächlich der Förderung des talentierten Nachwuchses.
„Da FAIR Forschung auf Weltniveau für mehrere Jahrzehnte verspricht, ist es essentiell, schon heute die besten Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler zu gewinnen und zu fördern, um diese langfristigen Möglichkeiten optimal zu nutzen. Die Forschungsakademie ermöglicht es uns, an den Universitäten dieses Ziel zu erreichen und eine führende Rolle in der FAIR-Forschung zu spielen“, betont Prof. Dr. Dr.-Ing. Peter Kämpfer, Sprecher des Akademierats der HFHF und Vizepräsident für Forschung und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses an der Justus-Liebig-Universität Gießen.
Die wissenschaftliche Ausrichtung der Forschungsakademie HFHF wird von acht Direktorinnen und Direktoren koordiniert, die eine Professur an den Partneruniversitäten von HFHF haben und international ausgewiesene Expertinnen und Experten auf den unterschiedlichen Forschungsgebieten von FAIR sind. Der geschäftsführende Direktor der Forschungsakademie, Prof. Dr. Dr. h. c. Marcus Bleicher von der Goethe-Universität Frankfurt, sieht in der neuen Einrichtung eine einmalige Chance: „Die Förderung durch die Forschungsakademie erlaubt es mir und meinen Kolleginnen und Kollegen an den Partnerinstitutionen, langfristig auf FAIR ausgerichtete Forschung auf hohem internationalen Niveau zu betreiben und eine führende Rolle in den unterschiedlichen FAIR-Forschungsgebieten zu spielen.“
Ein internationales Evaluationskomitee hat den Forschungsplan der HFHF für 2021 bis 2025 sehr positiv begutachtet und zur Umsetzung empfohlen. „Im Expertengremium waren wir sehr beeindruckt von dem Forschungsplan, der uns zur Evaluierung vorgelegt worden ist. Auf dieser Basis wird die Forschungsakademie exzellente wissenschaftliche Ergebnisse erzielen können und den hessischen Universitäten bei der FAIR-Forschung eine führende Rolle sichern“, fasst Professor Karl-Heinz Kampert, Astroteilchenphysiker an der Bergischen Universität Wuppertal und Vorsitzender des Evaluationskomitees, das Ergebnis zusammen.
Die drei an der Forschungsakademie beteiligten Universitäten tragen jährlich insgesamt 5 Millionen Euro zur akademischen Ausstattung der HFHF bei. „Das ist uns die Förderung exzellenten wissenschaftlichen Nachwuchses und die Zusammenarbeit mit GSI wert“, betont Prof. Dr. Barbara Albert, Vizepräsidentin für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs der TU Darmstadt.
Das GSI flankiert die Förderung durch bilaterale Zusammenarbeiten mit Forschungsgruppen der Partneruniversitäten und des FIAS-Instituts im finanziellen Umfang von ebenfalls 3 Millionen Euro pro Jahr. „Wir setzen hier eine Tradition langfristig fort, von der GSI und später FAIR sowie unsere hessischen Partner stark profitieren werden. Es ist für unser Zentrum essentiell, nicht nur Spitzenforschung zu ermöglichen, sondern auch den wissenschaftlichen Nachwuchs für diese Forschung zu begeistern. Dies ist uns durch die enge Zusammenarbeit mit den Universitäten gelungen. HFHF wird diese Tradition nicht nur fortsetzen, sondern weiter ausbauen, zum Vorteil der Forschung allgemein, aber vor allem zur Sicherung des Wissenschaftsstandorts Hessen“, freut sich Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR und Professor für Kernphysik an der TU Darmstadt. (HMWK/BP)
Die Helmholtz-Forschungsakademie Hessen für FAIR
Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst
]]>Die jeweils einstündigen Veranstaltungen beginnen mit einem kurzen Impulsvortrag zum Forschungsthema der Wissenschaftler*innen, im Anschluss stehen sie bereit, um sich von den Schüler*innen befragen zu lassen. „Dabei kann und soll es nicht nur um fachliche Fragen gehen, sondern auch um den Alltag von Forschenden. Die Schüler*innen sind eingeladen, auch über andere Aspekte wie Studienwahl, Karriere, Vereinbarkeit von Familie und Beruf oder Genderaspekte zu reden“, sagt Projektleiter und Initiator Dr. Arjan Vink, Leiter der GSI/FAIR-Drittmittelstelle. „Diese tieferen Einblicke in die Wissenschaft sollen einen Anreiz für die Jugendlichen setzen, auch eine Karriere in der Wissenschaft bei der anstehenden Berufswahl in Betracht zu ziehen.“
Die über 20 teilnehmenden Forschenden von GSI und FAIR wurden in vorangehenden Workshops gezielt darauf vorbereitet, den Schüler*innen mit eigens für das Projekt angeschafftem technischem Equipment für Videokonferenzen Rede und Antwort zu stehen. Alle wissenschaftlichen Thematiken rund um GSI und FAIR werden abgedeckt: Ob Bau und Betrieb von Beschleunigern, die Arbeit an riesigen Detektoren zur Messung von Kernreaktionen, die Vorgänge im Weltall, die Erforschung neuer, superschwerer Elemente oder die Tumortherapie mit Ionenstrahlen – für alle diese und noch viel mehr Forschungsgebiete stehen Expert*innen zur Verfügung. Karrierestufen von Doktorand*innen bis zu Professor*innen sind vertreten, um einen Einblick in den Karriereweg zu geben.
Die Veranstaltungen finden online als Videokonferenzen statt. Lehrkräfte der Oberstufe können Termine für „Meet a scientist“ im Klassenverband anfragen. Die Klassen können sich dann entweder als Einzelpersonen oder im Verband in die Veranstaltungen einwählen. Eine Übersicht über die teilnehmenden Wissenschaftler*innen, die zur Verfügung stehenden Zeiten sowie über die Teilnahmemodalitäten findet sich unter www.gsi.de/meet-a-scientist. Interessierte könnten sich im Web direkt anmelden oder sich mit Rückfragen an meetascientist(at)gsi.de wenden. Bei hoher Nachfrage besteht die Möglichkeit, dass das Projekt über die zwei Wochen hinaus fortgesetzt wird.
Das Pilotprojekt „Meet a scientist“ wird vom Hessisches Ministerium für Wissenschaft (HMWK) und Kunst und von der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF) unterstützt. (CP)
Vom 27. September bis zum 2. Oktober 2021 findet in Würzburg das große Wissenschaftsfestival „Highlights der Physik“ statt. Zentrales Element ist eine große Mitmachausstellung auf dem Marktplatz. Wissenschaftler*innen aus ganz Deutschland präsentieren dort ihre Forschung und stehen für Fragen, Erklärungen und Diskussionen zur Verfügung. Auch GSI und FAIR sind mit einem Stand vertreten und bieten Wissen und Unterhaltung rund um die zukünftige Teilchenbeschleunigeranlage FAIR - das Universum im Labor.
Am GSI- und FAIR-Stand auf dem Marktplatz lockt das Beschleunigerspiel Publikum an: Groß und Klein können selbst ausprobieren, wie ein Teilchenbeschleuniger funktioniert und mehr über eines der größten Bauprojekte für die Grundlagenforschung erfahren. Wer nicht vor Ort in Würzburg ist, kann trotzdem teilnehmen: Die Ausstellung ist an drei Tagen per Live-Stream auf YouTube zu besuchen. Am Freitag, 1. Oktober, ist auch der Stand von GSI und FAIR dabei. In einem anschließend Live-Chat können alle Online-Zuschauer*innen Fragen stellen und interaktiv teilnehmen.
Neben der Ausstellung gibt es täglich Wissenschaftsshows auf der Open-Air-Bühne am Marktplatz, ein vielseitiges Vortragsprogramm, Live-Experimente, sowie ein umfangreiches Onlineangebot mit interaktivem Kinderprogramm. Im Audimax der Universität Würzburg findet täglich ein Vortragsprogramm statt, ebenso wie die Mitmachausstellung Phänomikon. Mit einer spannenden Mischung aus einem interaktiven Programm vor Ort und digitalen Angeboten werden Physikerinnen und Physiker einen Röntgenblick ins All ermöglichen und beispielsweise zeigen, wie man mit Lasern Treibhausgasen auf die Spur kommen kann. Außerdem werden neueste Entwicklungen für Quantencomputer sowie viele weitere interessante Themen präsentiert, bei denen Physik in unserem Leben eine wichtige Rolle spielt. Mit der täglichen Vortragsreihe „Röntgenblicke” werden die Veranstalter der „Highlights der Physik“ den 175. Geburtstag von Wilhelm Conrad Röntgen des vergangenen Jahres nachfeiern.
Den Auftakt zu dem einwöchigen Physik-Spektakel machte am 27. September die große Highlights-Show in der s.Oliver Arena mit ARD-Moderator Ranga Yogeshwar (jetzt bei YouTube anschauen). Den Abschluss der Veranstaltungswoche bildet ein besonderer Abendvortrag, in dem der Communicator-Preisträger Prof. Metin Tolan der Frage nachgeht, ob Szenen aus James-Bond-Filmen überhaupt physikalisch möglich sind; begleitet wird der Vortrag durch Live-Einspielungen von James-Bond-Filmmusik, vorgetragen von den Würzburger Philharmonikern. Beide Veranstaltungen sind auch im YouTube-Live-Stream zu sehen.
Veranstaltet werden die „Highlights der Physik“ vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) und der Universität Würzburg. Die „Highlights der Physik“ wurden 2001 vom BMBF und der DPG ins Leben gerufen. In den vergangenen Jahren lockten sie bis zu 60.000 Besucher*innen an.
Zu sämtlichen Angeboten ist der Eintritt frei (teilweise sind kostenlose Einlasskarten oder eine Anmeldung erforderlich). Die Bedingungen und Maßnahmen zum Infektionsschutz für den Vorort-Besuch, sind hier zu finden. (LW)
Die ersten supraleitenden Magnete für NUSTAR (Nuclear Structure Astrophysics and Reactions) wurden am Europäischen Forschungszentrum CERN in der Schweiz getestet. NUSTAR ist eine der vier großen Experimentsäulen des künftigen internationalen Beschleunigerzentrums FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe), das derzeit bei GSI entsteht.
Im Rahmen eines 2012 unterzeichneten Kooperationsabkommens zwischen CERN und GSI/FAIR werden 56 Magnetbaugruppen für den Super-Fragmentseparator (Super-FRS), die zentrale Apparatur des NUSTAR-Experiments, vollständig am CERN getestet und validiert. Somit werden 32 Multipletts und 24 Dipole getestet. Die Multipletts werden von der italienischen Firma ASG, die Dipole von der spanischen Firma Elytt gefertigt. Zu diesem Zweck wurde im CERN-Gebäude #180 eigens eine neue Testanlage entworfen und gebaut, um nicht weniger als 30 Arten von Magneten zu validieren. Drei Prüfstände wurden von Experten von CERN und GSI eingerichtet, um bis zu 7 Meter lange und 3,5 Meter hohe Magnetbaugruppen aufzunehmen. Die schwersten von ihnen wiegen bis zu 70 Tonnen.
„Es wurde ein großes und komplexes kryogenes System entwickelt, das zwei Vorkühl- und Aufwärmeinheiten sowie eine Kühlanlage mit 4,5 K flüssigem Helium umfasst", erklärt Antonio Perin, Leiter des Arbeitspakets für das kryogene System. „Die Anlage ist für den Dauerbetrieb ausgelegt: Die Validierungstests werden auf einem Prüfstand durchgeführt, während der zweite Prüfstand abkühlt und der dritte aufgewärmt wird; die Testreihe dauert für jeden Magneten etwa sechs Wochen." Während der Tests werden die Magnete mit ihrem Nennstrom gespeist und ihr Magnetfeld genau abgebildet. Die Stromversorgungs- und Magnetmesssysteme wurden an die neue Testanlage angepasst, was dank der einzigartigen Kombination von Kompetenzen am CERN möglich wurde.
"Wir testen derzeit die ersten Magnete der Multiplett-Serie; die Serie wird nächstes Jahr ausgeliefert werden. Bis 2026 sollen alle 56 Magnetbaugruppen getestet sein", sagt Dr. Germana Riddone, technische Koordinatorin der Testeinrichtung am CERN. "Viele CERN-Gruppen und GSI-Partner waren an der erfolgreichen Installation der neuen Testanlage und ihrer Inbetriebnahme beteiligt und sind es auch jetzt bei den Validierungstests. Die Zusammenarbeit mit GSI ist ein sehr gutes Beispiel dafür, wie CERN Hand in Hand mit nationalen Infrastrukturen arbeitet und wie dies einen gegenseitigen Mehrwert schafft.“ Auch Dr. Antonella Chiuchiolo, die GSI-Arbeitspaketleiterin für das Testen vor Ort am CERN, pflichtet dem bei: „Wir sind sehr erfreut, dass unsere Testaktivitäten am CERN so reibungslos und planmäßig verlaufen können.“
Der Projektleiter Super-FRS bei GSI/FAIR, Dr. Haik Simon, zeigte sich ebenfalls erfreut über den Start der Tests und erläutert: „Die Multipletts dienen später im Super-FRS von FAIR der Strahlfokussierung, um einen hochpräzisen Teilchenstrahl zu erreichen. Die Dipole dienen später der spezifischen Ablenkung und Auftrennung des Teilchenstrahls.“ Der Super-FRS des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR ist ein wichtiger Baustein der Gesamtanlage mit großem Entdeckungspotenzial für die Wissenschaft: In diesem Teil des Beschleunigerkomplexes geht es um Experimente zur Kernstruktur extrem seltener exotischer Kerne. „Dafür werden Ionen der schwersten Elemente zunächst auf ein Ziel (Target) geschossen und durch den Aufprall zertrümmert. Unter den so entstandenen Fragmenten sind auch exotische Kerne, die am Super-FRS aussortiert und für weitere Experimente zur Verfügung gestellt werden. Dabei können mit dem neuen Separator Kerne bis hin zu Uran bei relativistischen Energien produziert, isotopenrein separiert und untersucht werden. Da dieser gesamte Vorgang nur wenige Hundert Nanosekunden dauert, ermöglicht der Super-FRS den Zugang zu sehr kurzlebigen Kernen“, sagt Dr. Haik Simon. (CERN/BP)
Den Teilnehmern der HITM-Schule wurde ein multidisziplinärer Ansatz präsentiert, der von grundlegenden Konzepten ausging, moderne Praktiken und Methoden einschloss und Diskussionen über offene Punkte und Forschungsbedarf sowie Zukunftspläne für anstehende Erweiterungen und Entwicklungen beinhaltete. Während Übersichtsvorträgen, teilweise auch von GSI-Expert*innen, für das notwendige breite Panorama sorgten, konzentrierten sich Fachvorträge und Hands-on-Sessions auf die Details der Behandlungsplanung. Diese basierten auf dem professionellen Open-Source-Toolkit matRad, das vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg speziell für Ausbildung und Forschung entwickelt wurde.
Erfahrene matRad-Tutor*innen des DKFZ und der Ludwig-Maximilians-Universität München führten die Teilnehmenden von der Software-Installation bis zur Durchführung der involvierten Behandlungsplanungsfälle und demonstrierten die Vorteile, aber auch die Herausforderungen der Schwerionentherapie im Vergleich zu anderen Behandlungsformen. Rund 200 Teilnehmende lieferten am Ende der Schule ihre praktischen Ergebnisse ab, die mit einem Teilnahmezertifikat ausgezeichnet wurden.
Das Kursprogramm verwendete informative Videos der europäischen Schwerionentherapiezentren und Forschungsinfrastrukturen, einschließlich GSI/FAIR. Es beinhaltete auch virtuelle Besuche in Echtzeit in den Labors und bot zahlreiche Gelegenheiten zur Interaktion mit deren Vertreter*innen. GSI-Expert*innen nahmen auch an speziellen Sitzungen teil, in denen Studierende ihre Ergebnisse und Forschungsprojekte präsentierten, ebenso an Abendveranstaltungen, die Informationen über Karrieremöglichkeiten gaben.
Der Online-Modus machte die Schule weltweit leicht zugänglich: Über tausend Teilnehmende, annähernd gleich verteilt auf europäische und außereuropäische Länder, vom Studierenden bis zum Praktizierenden, verfolgten das gesamte Programm oder Teile davon. Diese hohen Zahlen sowie die eingegangenen Kommentare zeigen ein wachsendes Interesse an der Forschung zur Schwerionentherapie, die von GSI in Europa etabliert wurde.
Im Rahmen des HITRIplus-Projekts werden vielversprechende Nachwuchsforschende durch die kommenden HITRIplus-Schulen zu klinischen und medizinischen Aspekten sowie durch HITRIplus-Praktika weiter gefördert, so dass sie optimalen Zugang zu den bestehenden europäischen Zentren und Forschungseinrichtungen zur Schwerionentherapie, zu denen auch GSI/FAIR gehört, erhalten und zu relevanten Forschungsprojekten, Upgrades und zukünftigen Entwicklungen beitragen können.
Das Format der HITM-Schule war inspiriert durch die ebenfalls von GSI koordinierten Particle Therapy MasterClasses (PTMC), die in 2021 mehr als 1500 Schüler*innen aus 20 Ländern und an 37 Instituten anzogen. Viele der Teilnehmenden der HITM-Schule zeigten Interesse, auch in Zukunft an PTMC-Projekten als Tutor*innen und Moderator*innen mitzuwirken und so die nachwachsende Generation zu motivieren.
Das HITRIplus-Projekt, das Mittel aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 101008548 erhalten hat, bereitet, motiviert durch die Resonanz und den Erfolg dieses ersten Kurses, bereits die nächsten Kurse vor. (CP)
Nach einführenden Informationen über den Stand des FAIR-Bauprojektes, die Campus-Weiterentwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielt der FDP-Politiker und studierte Physiker bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus. Besucht wurden der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, der Linearbeschleuniger UNILAC, das SHIP-Experiment, an dem die GSI-Elemente 107 bis 112 erzeugt wurden, und das energieeffiziente Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube.
Danach hatte Till Mansmann Gelegenheit, sich von der Aussichtsplattform am Rand des Baufeldes aus einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und im südlichen Baubereich zu verschaffen. Anschließend wurden die FAIR-Baustelle und die Baufortschritte bei einer Rundfahrt aus nächster Nähe besichtigt. Ein Höhepunkt dabei war die Begehung des im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentrale 1,1 km lange Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein.
Zu sehen war auch der Experimentierplatz CBM, der baulich stark vorangeschritten ist. Das einzigartige Experiment CBM (Compressed Baryonic Matter) ist eine der vier großen wissenschaftlichen Säulen der künftigen FAIR-Anlage. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von hochkomprimierter Kernmaterie, wie sie in Neutronensternen und im Kern von Supernova-Explosionen existiert.
Auch im Süden des Baufeldes kommt die Entwicklung mit gutem Baufortschritt voran: Dazu gehören unter anderem der Rohbau für sechs Gebäude und für eine weitere Experimentiereinrichtung – den Supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS). Dort stehen Forschungsfragen zu Kernstruktur und Wechselwirkungen extrem seltener, exotischer Teilchen im Fokus. Abgerundet wurde die Bustour mit einem Halt an der großen Containeranlage am südwestlichen Rand des FAIR-Baufelds. Von dort erfolgt die bauliche Planung für FAIR und die Koordination der FAIR-Baustelle. (BP)
]]>Zwei hochmoderne Instrumente, GLAD und COCOTIER, wurden kürzlich am Institut für die Erforschung der Grundgesetze des Universums (Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers, IRFU) in Saclay, Frankreich, entwickelt und gebaut und sind nun im R3B-Experiment von GSI in Betrieb. Beide werden in Zukunft an FAIR, der internationalen Beschleunigeranlage, die derzeit bei GSI gebaut wird, zum Einsatz kommen.
GLAD ist ein Spektrometer mit großer Akzeptanz für die Analyse von relativistischen radioaktiven Schwerionenstrahlreaktionen. Es wurde 2015 vor Ort installiert und ging im Herbst 2018 zum ersten Mal mit Strahl aus den GSI-Beschleunigern in Betrieb. In einigen Experimenten sollen diese Strahlen im weiteren Verlauf mit dem Flüssigwasserstoff-Target COCOTIER wechselwirken. Dieses wurde nun erstmals in den FAIR-Phase-0-Experimenten im März 2021 verwendet. Diese beiden Geräte sind Schlüsselkomponenten für die Messung der Eigenschaften von Kernen an der Grenze der nuklearen Stabilität und ermöglichen die Weiterentwicklung aktueller Kernmodelle hin zu mehr Vorhersagekraft.
Nachdem die kalte Masse (Schirm, Vakuumkammer) des GLAD-Magneten (22 Tonnen bei 4,5 Kelvin) in Saclay in einer kryogenen Teststation von IRFU erfolgreich getestet worden war, wurde GLAD in seinem Kryostaten installiert und zu GSI transportiert, wo er in den Experimentierhallen aufgestellt wurde. Er wurde von GSI-Teams positioniert sowie an seine Stromversorgung und an sein Kühlsystem angeschlossen. Nach einem Strahltest im Herbst 2018 wurde GLAD erfolgreich in den R3B-Experimentierzeiten der FAIR-Phase 0 in 2019, 2020 und auch in 2021 eingesetzt, wobei zum ersten Mal das COCOTIER-Target verwendet wurde.
Das Flüssigwasserstoff-Target COCOTIER (COrrélations à COurte porTée et spin IsotopiquE à R3B – für kurzreichweitige Korrelationen und Isotopenspin bei R3B) ist für die Durchführung von quasifreien Streuexperimenten konzipiert, bei denen der zu untersuchende Kern in Form eines Strahls auf ein Protonentarget trifft, das selektiv ein Proton oder ein Neutron aus dem betreffenden Kern ausstößt. Um die geringe Intensität der exotischen Strahlen zu kompensieren, werden dichte (daher die Notwendigkeit, Wasserstoff zu verflüssigen) und sehr dicke (bis zu 15 Zentimeter) Protonen-Targets verwendet. Daher ist es nötig, die Position des Reaktionspunkts innerhalb des Targets mit Hilfe eines Tracking-Detektors zu rekonstruieren. Diese Information ist notwendig, um die Spektroskopie der untersuchten Kerne durchzuführen, um die Trajektorien und den Energieverlust der gemessenen Teilchen zu korrigieren.
Um Wasserstoff bei Drücken nahe dem Atmosphärendruck zu verflüssigen, muss er auf kryogene Temperaturen (21 Kelvin) abgekühlt werden. Der Wasserstoff wird in einem durch einen Kryokühler gekühlten Kondensator verflüssigt und fließt aufgrund der Schwerkraft in die Zielzelle. Durch Turbomolekularpumpen wird ein hohes Vakuum (10-6 Millibar im Kryostaten und in der Targetkammer) erreicht, um die konvektiven Strömungen zu begrenzen. Die Integration in den eingeschränkten R3B-Aufbau brachte viele Herausforderungen mit sich. Das Target befindet sich in der Mitte des CALIFA-Kalorimeters, weit entfernt von der Vertikalen des Kryostaten.
Die Target-Zelle ist in mehrere fünf Mikrometer dicke, mehrlagige Isolierfolien eingewickelt, um den Strahlungswärmefluss zu reduzieren, insbesondere von den Tracking-Detektoren, die in 25 Millimetern Entfernung in derselben Reaktionskammer platziert sind und die es ermöglichen, die Position des Reaktionspunkts im Target zu rekonstruieren. Drei Targetlängen von 15 Millimetern, 50 Millimetern und 150 Millimetern wurden hergestellt, um die Anforderungen der vom GSI-Experimentkomitee genehmigten Experimente zu erfüllen.
Das Targetsystem wurde durch die französische Forschungsagentur als sogenannter In-Kind-Beitrag gefördert , mit dem Ziel, die Untersuchung von Kurzstreckenkorrelationen in exotischen Kernen zu verfolgen. Es wurde von IRFU entworfen und gebaut und Ende 2019 von IRFU-Teams bei GSI installiert.
Gesteuert wird die Anlage durch ein am IRFU entwickeltes Überwachungssystem, das die von der speicherprogrammierbaren Steuerung und den verschiedenen Controllern kommenden Informationen zentralisiert. Das System ermöglicht die Verbindung und Fernsteuerung über einen gesicherten Internet-Client. Während der jüngsten wissenschaftlichen FAIR-Phase-0-Experimente erlaubte dies insbesondere die Durchführung aller Befüllungs- und Überwachungsvorgänge des Targets aus der Ferne, was aufgrund der pandemiebedingten Abwesenheit des IRFU-Teams vor Ort notwendig war. (CP)
„Am hellsten leuchtet der Menschengeist, wo Glanz der Kunst mit Glanz der Wissenschaft sich eint“, sprach der Gelehrte Emil Heinrich du Bois-Reymond im 19. Jahrhundert. Dieser Herausforderung haben sich Zeichner*innen und Designer*innen bei GSI und FAIR gestellt und sowohl die sichtbare Welt der Teilchenbeschleuniger mit ihren Magneten und Detektoren als auch die unsichtbare Welt der Atome, Kräfte und Strukturen auf Papier gebannt. Fast 100 Werke zeigen eindrucksvoll unterschiedliche Auffassungen, Betrachtungs- und Darstellungsweisen an den Grenzen der menschlichen Vorstellungskraft und an den Grenzen des technisch Machbaren.
Im Januar 2020 besuchten die Urban Sketchers Rhein-Main mit rund 40 Personen die Forschungsanlagen von GSI und FAIR für eine Zeichen-Exkursion. Urban Sketchers ist ein weltweites Netzwerk von Künstler*innen, die die Städte zeichnen, in denen sie leben und zu denen sie reisen. Ihre Mission ist es, "die Welt zu zeigen, Zeichnung für Zeichnung". Im Sommer 2020 verbrachten 12 Studierende der Hochschule für Gestaltung (HfG) Offenbach eine Woche auf dem GSI-FAIR-Campus um den Workshop "Zeichnen als visuelle Wissensvermittlung an der Schnittstelle zwischen Gestaltung und Wissenschaft“ zu absolvieren. Sie zeichneten Experimentieranlagen und Beschleuniger, wurden aber auch in die Welt der Experimentalphysik eingeführt – von der Experimentidee, über die technischen Durchführung bis hin zur Datenanalyse. Eine Auswahl der bei diesen beiden Besuchen entstandenen Werke sind in dem Bildband „Die Kunst der Wissenschaft bei GSI und FAIR“ zu sehen.
Der Bildband lädt dazu ein, Wissenschaft und Technik unter verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Dabei ermöglichen Kunst und Design als Ausdrucksmittel eine ganz besondere Art der Reflexion von wissenschaftlich-technischen Themen. Der Bildband ist ab jetzt vor Ort im GSI/FAIR-Shop und in der Darmstädter Innenstadt im Darmstadt Shop am Luisenplatz erhältlich (Preis: 24 Euro). (LW)
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Anlässlich des 314. Vortrags der Reihe „Wissenschaft für Alle“ (Pi wird in Kurzform häufig mit 3,14 angegeben) geht Professor Beutelspacher der Zahl auf den Grund. Pi fasziniert seit Tausenden von Jahren die Menschheit, weil diese Zahl zum einen ganz einfach erklärt werden kann, zum anderen aber sehr schwer zu berechnen ist und in überraschend vielen Gebieten der Mathematik eine Rolle spielt. In dem Vortrag sollen alle diese Aspekte vorgestellt werden, zum Teil unterstützt durch kleine Experimente. Ein Vortrag, der unterhaltsam und lehrreich ist.
Professor Albrecht Beutelspacher studierte Mathematik, Physik und Philosophie an der Universität Tübingen und wurde im Anschluss an der Universität Mainz promoviert und habilitiert. Seit 1988 ist er Professor an der Universität in Gießen. Dort ist er seit 2002 Gründungsdirektor des Mathematikums, des ersten mathematischen Mitmachmuseums der Welt.
In einem weiteren Vortrag im Oktober wird die Physik des beliebten Science-Fiction-Universums Star Trek durch Professor Markus Roth von der Technischen Universität Darmstadt genauer unter die Lupe genommen. Dr. Julia Regnery vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven berichtet im November über MOSAiC, die größte bisher unternommene Arktis-Expedition. Zum Jahresabschluss im Dezember wird Dr. Daniel Severin von GSI/FAIR gemeinsam mit weiteren Kolleg*innen im traditionellen Weihnachtsvortrag über die wissenschaftlichen Experimente während der letzten Betriebsphase der GSI/FAIR-Beschleunigeranlage berichten.
Die Vorträge beginnen jeweils um 14 Uhr. Weitere Information über Zugang und Ablauf der Veranstaltung finden Sie auf der Veranstaltungswebseite unter www.gsi.de/wfa
Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In den Vorträgen wird über die Forschung und Entwicklungen an GSI und FAIR berichtet, aber auch über aktuelle Themen aus anderen Wissenschafts- und Technikfeldern. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für fachfremde Personen verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitenden oder von externen Referent*innen aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten. (CP)
Empfangen wurden die Gäste von Professor Paolo Giubellino, dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer, und Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer sowie Dr. Ingo Peter, dem Leiter der Öffentlichkeitsarbeit. Dr. Michael Meister ist direkt gewählter Bundestagsabgeordneter des Wahlkreises Bergstraße, Dr. Astrid Mannes direkt gewählte Bundestagsabgeordnete im Wahlkreis Darmstadt.
Zunächst verschafften sich die Gäste einen Überblick von der direkt ans Baufeld angrenzenden Aussichtsplattform über das 20 Hektar große Bau-Areal. Anschließend wurde die FAIR-Baustelle bei einer Rundfahrt aus nächster Nähe besichtigt. Ein Höhepunkt dabei war die Begehung des im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentrale 1,1 km lange Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein.
Zu sehen war auch der Experimentierplatz CBM, der baulich stark vorangeschritten ist. Das einzigartige Experiment CBM (Compressed Baryonic Matter) ist eine der vier großen wissenschaftlichen Säulen der künftigen FAIR-Anlage. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von hochkomprimierter Kernmaterie, wie sie in Neutronensternen und im Kern von Supernova-Explosionen existiert.
Auch im Süden des Baufeldes konnte ein zügiger Baufortschritt festgestellt werden: Dazu gehören unter anderem der Rohbau für sechs Gebäude und für eine weitere Experimentiereinrichtung – den Supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS). Dort stehen Forschungsfragen zu Kernstruktur und Wechselwirkungen extrem seltener, exotischer Teilchen im Fokus.
Staatssekretär Meister zeigte sich beeindruckt von den deutlichen Fortschritten auf der Baustelle, die in den letzten Jahren trotz Pandemiebedingungen erreicht werden konnten: „Ich habe heute gesehen, wie auf eindrucksvolle Weise aus einer Vision Realität wird. Mit dem Ringschluss des Beschleunigertunnels wurde ein wesentlicher Meilenstein des FAIR-Projektes erreicht: Hierzu gratuliere ich allen Beteiligten recht herzlich.“
Ein weiterer wichtiger Fokus des Besuchs waren die Hightech-Entwicklungen für FAIR und die sehr erfolgreichen aktuellen FAIR-Phase-0 Experimente: Einen Einblick in die Hightech-Entwicklungen konnten die Gäste in der Testanlage für kryogene Magnete gewinnen, wo alle supraleitenden Komponenten für den Beschleunigerring SIS100 auf ihre Spezifikationen getestet werden, bevor sie in die FAIR-Anlage installiert werden.
Exemplarisch für die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit bei GSI und FAIR steht auch der Experimentierplatz R3B (Relativistic Radioactive Reaction Experiment), der ebenfalls besichtigt wurde. Mit dem R3B-Experiment, das in internationaler Zusammenarbeit für FAIR aufgebaut wurde, werden Reaktionsexperimente mit hochenergetischen exotischen Kernen durchgeführt. Hierüber lässt sich ein Verständnis des Ursprungs schwerer Elemente gewinnen.
„Was mir besonders imponiert, ist, dass hier obwohl sich FAIR noch mitten im Bau befindet, schon heute richtungsweisende Wissenschaft vollzogen wird. Ob Covid-19-Forschung mit Schwerionen oder erste Experimente am CRYRING-Beschleuniger – FAIR leistet schon heute einen wichtigen Beitrag dazu, Lösungen für große gesellschaftliche Herausforderungen zu finden“, so Meister. (BP)
]]>Bei einem „Meet and Greet“ sind der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, der Administrative Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Ulrich Breuer und der Technische Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, mit den internationalen Studierenden und Forscher*innen des GET_INvovled-Programmes ins gemeinsame Gespräch gekommen.
Zusammengefasst sind in den letzten drei Jahren große Fortschritte erzielt worden: Insgesamt sind bis zur Jahresmitte 2021 mehr als 670 Bewerbungen im International Office eingegangen. Etwa 200 Bewerber*innen konnten mit Hilfe verschiedener Programme und Fördermöglichkeiten angenommen werden. Die Studierenden des GET_INvolved-Programmes kommen aus 38 verschiedenen Ländern. Unter den Teilnehmer*innen des Programmes sind rund 40 Prozent Frauen. Beim FAIR-Phase-0-Programm hat sich die Mehrheit dieser Forschenden an aktuellen Experimenten beteiligt und zu diesen beigetragen. Diese Möglichkeiten sowie ihr Engagement verschafft ihnen praktisches Wissen und ein intensives Verständnis für Forschung und Entwicklung bei GSI/FAIR.
Das aktuelle Treffen mit den GET_Involved-Teilnehmenden unterstreicht das Engagement und die Unterstützung der Geschäftsführung für alle Aktivitäten, die zur qualifizierten Nachwuchsförderung beitragen. Ziel ist, den Teilnehmenden das beste Forschungsumfeld zu bieten, das die Entwicklung zukünftiger Führungskräfte für den Betrieb und die Ausschöpfung von FAIR ermöglicht. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino betonte: „FAIR wird eine Forschungseinrichtung auf Weltklasse-Niveau. Sie wird Forschenden aus aller Welt Spitzentechnologie bieten. Dank des aktuellen Experimentierprogramms FAIR-Phase 0 ist FAIR schon jetzt eine Talentschmiede. Also macht mit und GET_INvolved.“ (BP)
Das GET_INvolved Programm bringt internationale Studierende mit verschiedenen bilateralen, multilateralen sowie weiteren Rahmenprogrammen von Partnern und Fördermittelgebern zusammen. Alle Studierenden und Forschenden sind an einem eigenen wissenschaftlichen oder technischen Projekt, im Rahmen eines Kurzzeitpraktikums, einer Bachelor- oder Masterarbeit, eines ERASMUS+-Praktikums, einer Sandwich-Doktoranden- oder einer Postdoc-Forschungserfahrung bei GSI/FAIR, mit einem Mentor beteiligt. Die Dauer der Aufenthalte variieren je nach Projekt und dem Förderprogramm. Die Projektdauer kann von drei Monaten als Kurzzeitpraktikum bis zu zwei Jahre für eine Forschungserfahrung als Postdoc.
GET_Involved-Programm für international Studierende und Forschende
]]>Erstmals ist es Physiker*innen gelungen, eine neue Methode zur Kühlung von Protonen mithilfe lasergekühlter Ionen– in diesem Fall Beryllium-Ionen – erfolgreich umzusetzen. Das Besondere: In dem neuen Aufbau befinden sich die beiden „Teilchensorten“ in räumlich getrennten Fallen. Die Kühlleistung kann erstmals über einen elektrischen Schwingkreis und eine Distanz von neun Zentimetern von der einen in die andere Falle übertragen werden. So lassen sich die Protonen in einer der Fallen auf deutlich tiefere Temperaturen kühlen als dies ohne Beryllium möglich wäre, wie eine Arbeitsgruppe am Exzellenzcluster PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) im Rahmen der BASE-Kollaboration zeigen konnte.
Die neue Methode kann auf alle geladenen Teilchen angewendet werden, insbesondere auch auf Antiprotonen, für die es bisher noch keine andere Kühlmethode in diesen Temperaturbereich gibt. Hiermit lassen sich vor allem Experimente zum Vergleich von Materie und Antimaterie noch genauer realisieren. Die Ergebnisse sind in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Maßgeblich an der Entwicklung beteiligt waren neben der JGU das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg (MPIK) und das japanische Forschungszentrum RIKEN, sowie die Europäische Organisation für Kernforschung CERN, das GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt sowie die Leibniz Universität Hannover.
Um präzise Messungen an einzelnen Ionen vornehmen zu können, müssen diese möglichst bewegungsarm in einer Falle eingeschlossen und gespeichert werden. Um diesen Zustand zu erreichen, wird den geladenen Teilchen Energie entzogen, wodurch sich ihre Temperatur vermindert. Mit dem neuen Zweifallen-Aufbau konnte das Forschungsteam die Temperatur im Vergleich zur bisher besten Kühlmethode für Protonen um etwa einen Faktor 10 absenken und so eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt erreichen. „Je geringer die Temperatur des Teilchens, desto genauer kann der Bereich eingegrenzt werden, in dem sich das Teilchen in der Falle befindet. Je genauer das Teilchen lokalisiert werden kann, desto besser sind die Startbedingungen definiert und desto genauer fällt anschließend die Messung aus“, erläutert Dr. Christian Smorra, Physiker am Exzellenzcluster PRISMA+ und Co-Autor der Veröffentlichung.
Die neue Zweifallen-Kühlmethode birgt weitere Vorteile: Sie kann auch auf Antimaterie-Teilchen angewendet werden, denn in einem Einfallen-Kühlsystem würden sich Materie und Antimaterie sofort gegenseitig vernichten. So erlaubt der neue Aufbau einen präzisen Vergleich von Protonen und Antiprotonen. „Wir wollen gezielt nach einem Unterschied zwischen den Eigenschaften von Protonen und Antiprotonen suchen. Unsere Theorie sagt, dass sich die beiden Teilchen bis auf die umgekehrte Ladung identisch verhalten. Warum unser Universum so viele Protonen – und damit Materie –, aber fast keine Antiprotonen, also Antimaterie, enthält, ist immer noch ungeklärt“, erläutert Matthew Bohman vom MPIK, Erstautor der Studie. Bohman forschte im Rahmen seiner Promotion seit 2018 in Mainz an der neuen Kühlmethode.
Ein weiterer Vorteil: Während früher angewandte Methoden Abstände von 0,1 Millimetern oder weniger zwischen den zu kühlenden Teilchen und den Beryllium-Ionen erforderten, ist es in der aktuellen Arbeit gelungen, die Kühlleistung über eine räumliche Trennung und einen Abstand von neun Zentimetern zu übertragen. Das schafft die Voraussetzung für weiterführende Forschungsvorhaben – und erlaubt beispielsweise eine störungsfreie und präzisere Frequenzmessung, die die BASE-Kollaboration auch bei der Suche nach Dunkler Materie mithilfe von Antimaterie vornehmen möchte. Hierzu hatte die Forschungsgruppe in früheren Experimenten am CERN bereits gefangene Antiprotonen in einer Falle untersucht – allerdings durch Kühlung mit flüssigem Helium und ohne die Hilfe von Beryllium-Ionen.
Erstmals vorgeschlagen wurde die Zweifallenmethode im Jahr 1990. Im damaligen Konzept war kein elektrischer Schwingkreis vorgesehen – hier sollten die Ionen durch eine gemeinsame Fallenelektrode verbunden werden. Von Vorteil bei dieser Vorgehensweise: Es gibt keinen Widerstand, wie er durch einen Schwingkreis entsteht. Denn dieser produziert Hitze und schwächt den Kühlvorgang ab. Der große Nachteil besteht aber in der geringen Geschwindigkeit, mit der die Energie der Ionen ausgetauscht wird. Dadurch fällt die Temperatur des geladenen Teilchens nicht schnell genug ab. „Die jetzige Umsetzung stellt eine praktisch realisierbare Weiterentwicklung des Konzepts von 1990 dar. Anstatt innerhalb von zwei Minuten findet der Energieaustausch zwischen den Fallen hier innerhalb von einer Sekunde statt“, erläutert Dr. Christian Smorra. (JGU/BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung "Sympathetic cooling of a trapped proton mediated by an LC circuit" im Fachmagazin Nature (Englisch)
]]>In den kommenden Jahren werden wissenschaftliche Experimente an Forschungseinrichtungen der nächsten Generation zunehmend komplexer, was zu einer exponentiell wachsenden Flut an Daten führt. Alleine an den Experimenten am zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, werden Datenraten bis zu einem TeraByte pro Sekunde erwartet. Diese umfangreichen Daten mit neuartigen Methoden systematisch zu erfassen, intelligent zu verknüpften und zugänglich zu machen, ist das Ziel von PUNCH4NFDI. Die Organisation der Daten soll dabei den Grundsätzen folgen, dass diese leicht auffindbar, gut zugänglich, verknüpfbar sowie wiederverwendbar sind. Einen wichtigen Beitrag hierzu werden die Entwicklung von Software und Algorithmen und das Erstellen von öffentlich zugänglichen Publikationen leisten. Im Zentrum der Aktivitäten von PUNCH4NFDI steht dabei der Aufbau einer föderierten „Science Data Platform“, die alle für den Zugang zu und die Nutzung von Daten und Computing-Ressourcen nötigen Infrastrukturen und Schnittstellen beinhaltet. Hierfür werden zunächst anhand von exemplarischen Beispielen Techniken und Strukturen geschaffen, die für das gemeinsame Datenmanagement geeignet sind und Themen wie Open Data, Open Science sowie neue Ideen für das Verarbeiten und Verwalten extrem großer Datenmengen adressieren.
Das Konsortium PUNCH4NFDI umfasst neben GSI noch 19 weitere Förderungsempfänger sowie 22 weitere Partner aus der Helmholtz-Gemeinschaft, der Max-Planck-Gesellschaft, der Leibniz-Gemeinschaft sowie von Universitäten. „Die Koordinierung und Zusammenarbeit aller Konsortialpartner ist eine der zentralen Herausforderungen für die Realisierung eines universellen Forschungsdatenmanagements. Unsere Aktivitäten hierzu konzentrieren sich auf den Austausch von Konzepten und Entwicklungen sowie die Bereitstellung von Diensten, die für die PUNCH4NFDI-Partner und die gesamte NFDI zur Verfügung gestellt werden. In einem ersten Schritt werden wir bei GSI/FAIR gemeinsam mit dem Forschungszentrum Jülich eine PUNCH4NFDI-weite Autorisierungs- und Authentifizierungsinfrastruktur entwickeln und bereitstellen. Mit diesen Werkzeugen ermöglichen wir einen zentralen Zugang zu allen Forschungsdaten der beteiligten Institutionen“, erläutert Kilian Schwarz, Leiter der Gruppe Distributed Computing in der GSI-IT und Vertreter von GSI im Management von PUNCH4NFDI. „Darüber hinaus planen wir Metadaten und Analyseportale zu entwickeln sowie Basisinfrastrukturen für föderiertes Datenmanagement und zur Nutzung heterogener Computing-Ressourcen zu realisieren. Mit dem nachhaltigen Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube stellen wir dem Konsortium Rechenzeit und Speicherplatz für die Entwicklungen zur Verfügung.“
Bereits jetzt spielen mit Forschungsdateninfrastrukturen verbundene Themen eine zentrale Rolle bei dem Umgang mit wissenschaftlichen Daten aus Experimenten an der GSI/FAIR-Forschungsanlage. Daher ist GSI/FAIR auch im europäischen Umfeld auf diesem Gebiet aktiv, wo ebenfalls die Verwirklichung einer gemeinsamen Wissenschaftscloud vorangetrieben wird. „GSI und FAIR gehören mit ihrer Kompetenz und Expertise für Datenspeicherinfrastrukturen und Scientific Computing zu den Key Playern auf diesem Feld. Sowohl GSI als auch FAIR als „ESFRI-Landmark“ sind aktive Teilnehmer an dem Konsortium „European Science Cluster of Astronomy & Particle physics ESFRI research infrastructures“ (ESCAPE), bei dem wir an der Entwicklung von Dateninfrastrukturen und Analyseplattformen sowie der Bereitstellung von Forschungssoftware und Diensten beteiligt sind“, beschreibt Arjan Vink, Leiter der Drittmittelstelle bei FAIR/GSI, die europäische Initiative. (JL)
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Die Gäste wurden von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Haik Simon, stellvertretender Sprecher des FAIR-Experiments R3B/Projektleiter Super-FRS, und Berit Paflik von der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bei GSI und FAIR empfangen.
Auf dem Programm stand zunächst ein Überblick über die aktuellen Forschungsthemen sowie die strategischen Ziele für FAIR und GSI, an denen sich die Aktivitäten am Standort ausrichten. Zentrale Themen waren unter anderem der erfolgreiche Experimentierbetrieb 2021, der Teil des FAIR-Phase-0-Programms ist, die Campus-Entwicklung im Rahmen des Masterplans sowie die Fortschritte bei der FAIR-Komponentenbeschaffung und auf dem 20 Hektar großen Baufeld östlich des bestehenden GSI- und FAIR-Campus.
Bei einem geführten Rundgang konnten die Gäste zunächst Einblicke in die Forschungseinrichtungen auf dem Campus erhalten. Das Großexperiment R3B wurde ebenso besichtigt wie der Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen und der Linearbeschleuniger UNILAC. Auch der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, wurde besichtigt.
Danach hatten Daniela Wagner, Nina Eisenhardt und Andreas Ewald von der Aussichtsplattform am Rand des Baufeldes Gelegenheit, sich einen Überblick über das gesamte Baufeld und die Aktivitäten im nördlichen und im südlichen Baubereich zu verschaffen, bevor sie bei einer Rundfahrt über die Baustelle die Baufortschritte aus nächster Nähe in Augenschein nehmen konnten. Dabei stand auch die Begehung des kürzlich im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels auf der Agenda. Der zentralen Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein. Der Ringschluss stellt ein wichtiges Etappenziel im Realisierungsablauf des gesamten FAIR-Projekts dar. (BP)
]]>Das Mitacs-GSI-Austauschprogramm zur Förderung der Mobilität wird bestehende Partnerschaften stärken und dazu beitragen, zukünftige Forschende und Führungskräfte für den Betrieb wissenschaftlicher Einrichtungen wie das Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, zu fördern. GSI kooperiert in mehreren Forschungsprojekten und profitiert seit Jahren von wissenschaftlichen und technischen Kooperationen mit kanadischen Institutionen. Eine besondere Verbindung hat die Organisation auch zur kanadischen Beschleunigeranlage TRIUMF. Die neue Partnerschaft ist ebenfalls bemerkenswert, weil sie im Jahr des 50-jährigen Bestehens der deutsch-kanadischen Wissenschafts- und Technologiekooperation begründet wird. Die Initiative ist eine wertvolle Hilfe bei der Rekrutierung von hochkarätigen qualifizierten Doktorand*innen und Postdoktorand*innen und zielt darauf ab, die Forschungskooperationen zwischen beiden Ländern zu stärken.
Die Teilnehmenden erhalten im Rahmen des „Globalink Research Award“-Programms ein Stipendium in Höhe von 6000 US-Dollar, um Projekte für 12 bis 24 Wochen unter der Aufsicht eines Fakultätsmitglieds des Gastinstituts umzusetzen. Die Drei-Jahres-Vereinbarung von Mitacs und GSI wird insgesamt bi zu 36 Forschende unterstützen. Hierfür kommen sechs kanadische Studierende und Stipendiat*innen pro Jahr zu GSI nach Deutschland und sechs gehen wiederum von Deutschland nach Kanada.
Professor Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR sagte: „Es freut mich sehr zu sehen, dass Mitacs und GSI sich zusammenschließen, um Nachwuchsforschende zu fördern und dabei zu unterstützen, Zugang zu Einrichtungen auf Weltniveau zu erlangen und in gemeinsamer Forschung in den Grundlagenbereichen, Frontend-Technologien und Anwendungen zusammenzuarbeiten. GSI sehr daran interessiert, junge Doktorand*innen und Postdoktorand*innen in Kanada und Deutschland während ihrer Zusammenarbeit in Forschungsprojekten unterstützen. Internationale Partnerschaften sind für uns essentiell, weil sie die Forschungsqualität erhöhen und zusätzliche Wissensnetzwerke fördern. Die Partnerschaft mit MITACS ist nun ein großartiges Beispiel für unsere erfolgreiche und produktive Zusammenarbeit mit kanadischen Institutionen.“
Dr. John Hepburn, Geschäftsführer und wissenschaftlicher Direktor, Mitacs, sagte: „Ich freue mich, die erste Vereinbarung von Mitacs mit dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung zu unterzeichnen – ein wichtiger Schritt, um unsere bereits starken Verbindungen zum deutschen Forschungs- und Innovationsökosystem auszubauen. Wir sind stolz darauf, Doktorand*innen und Postdoktorand*innen die Möglichkeit zu bieten, Fähigkeiten zu entwickeln und ihr berufliches Netzwerk zu erweitern, während wir gleichzeitig die Zusammenarbeit vertiefen, um die Forschungsergebnisse für Kanada und Deutschland voranzutreiben.“
Die Details zum Bewerbungsverfahren für Forschende, die an der Mitacs-GSI-Kollaboration interessiert sind, werden in Kürze veröffentlicht. Weitere Informationen zum Globalink Research Award sind auf den Programmseiten der Webseiten von Mitacs und GSI/FAIR zu finden. Bei unmittelbaren Fragen sind Étienne Pineault, Director, International Business Development, Mitacs unter epineault(at)mitacs.ca oder Dr. Pradeep Ghosh, Programmkoordinator seitens GSI unter Pr.Ghosh(at)gsi.de Ansprechpartner.
Mitacs ist eine gemeinnützige Organisation, die Wachstum und Innovationen in Kanada fördert, indem sie geschäftliche Herausforderungen mit Hilfe von Forschung in akademischen Einrichtungen löst. Mitacs wird von der kanadischen Regierung in Schulterschluss mit den Bundesstaaten und Städten Alberta, British Columbia, Manitoba, New Brunswick, Neufundland und Labrador, Nova Scotia, Ontario, Quebec, Saskatchewan, sowie Yukon finanziert. Weiterhin unterstützt „Innovation PEI“ diese Vorhaben.
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit führende Beschleunigeranlage für Forschungszwecke. Bei GSI arbeiten rund 1.520 Mitarbeitende. Darüber hinaus kommen jedes Jahr rund 1.000 Forschende von Universitäten und anderen Forschungsinstituten aus aller Welt zur GSI. Sie nutzen die Anlage für Experimente, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. GSI ist eine Gesellschaft mit beschränkter Haftung (GmbH). Anteilseigner Gesellschafter sind die Bundesrepublik Deutschland mit 90 %, das Land Hessen mit 8 %, sowie das Land Rheinland-Pfalz und der Freistaat Thüringen mit jeweils 1 %. GSI ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, Deutschlands größter Forschungsorganisation. Bei GSI entsteht derzeit FAIR, eine internationale Beschleunigeranlage für die Forschung mit Antiprotonen und Ionen, die in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern entwickelt und gebaut wird. Es ist eines der weltweit größten Bauprojekte für internationale Spitzenforschung. Das FAIR-Projekt wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft und Forschenden der GSI initiiert. Die GSI-Beschleuniger werden Teil der zukünftigen FAIR-Anlage und dienen als erste Beschleunigungsstufe.
]]>In einer Einführung erhielt der Minister Einblicke in aktuelle Themen und Aktivitäten bei GSI und FAIR. Er informierte sich über das Forschungsprogramm „FAIR-Phase 0“, die Perspektiven der Campus-Entwicklung, die substanziellen Modernisierungen der existierenden Anlage und den aktuellen Stand bei der Realisierung des FAIR-Bauprojekts, eines der größten Vorhaben für die Spitzenforschung weltweit.
Nach der Besichtigung der Testing-Halle, in der neue Hightech-Komponenten für FAIR aufgebaut und überprüft werden können, erhielt Michael Boddenberg von der Aussichtsplattform aus zunächst einen Überblick über den gesamte, 20 Hektar großen Baubereich. Anschließend konnte er den Fortschritt auf der FAIR-Baustelle bei einer Rundfahrt aus nächster Nähe besichtigen. Dazu gehörte unter anderem die Begehung des kürzlich im Rohbau fertiggestellten unterirdischen Beschleunigertunnels. Der zentralen Ringbeschleuniger SIS100 wird das Herzstück der künftigen Anlage sein. Außerdem gab es Gelegenheit zur Besichtigung des zentralen Kreuzungsbauwerks, des entscheidenden Knotenpunktes für die Anlagenstrahlführung, das derzeit über mehrere Geschosse gebaut wird. (BP)
]]>Nach einführenden Informationen über den Stand des FAIR-Bauprojektes, die Campus-Weiterentwicklung, die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente erhielten die Gäste bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus. Besucht wurde der Linearbeschleuniger UNILAC, der Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen, der Großdetektor HADES, das Großexperiment R3B und der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden.
Anschließend konnte Hildegard Förster-Heldmann von der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle den Fortschritt beim Bau des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR in Augenschein nehmen, vom fertiggestellten Rohbau für den großen Ringbeschleuniger SIS100 bis zum zentralen Kreuzungsbauwerk, das über mehrere Geschosse gebaut wird. Außerdem sind Fundamente und Wände für den ersten-Experimentierplatz bereits errichtet. Das Experiment CBM (Compressed Baryonic Matter) ist eine der vier großen wissenschaftlichen Säulen der künftigen FAIR-Anlage, eines der größten Bauvorhaben für die Spitzenforschung weltweit. (BP)
]]>Die Landespolitikerin informierte sich über den Stand des FAIR-Bauprojekts, eines der größten Vorhaben für die Spitzenforschung weltweit, sowie über die bisherigen Forschungserfolge und aktuellen Experimente. Nach einer einführenden Präsentation erhielt Ines Claus bei einem Rundgang über den GSI- und FAIR-Campus Einblicke in die bestehenden Beschleuniger- und Forschungsanlagen. Sie besichtigte den Linearbeschleuniger UNILAC, den Therapieplatz zur Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen, den Großdetektor HADES und das Großexperiment für exotische Kerne R3B.
Auf der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle konnte sich Ines Claus einen Überblick über die Baumaßnahmen und den aktuellen Stand der Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Baufeld verschaffen. Das FAIR-Projekt kommt mit großen Fortschritten voran, unter anderem mit den fertiggestellten Rohbauarbeiten für den Tunnel des Beschleunigerrings SIS100, dem Herzstück der Anlage, und den Hochbauarbeiten für das zentrale Kreuzungsbauwerk, dem entscheidenden Knotenpunkt für die Anlagenstrahlführung. (BP)
]]>Mit einer ausgefeilten und noch nicht weit verbreiteten Filmtechnik erstellen GSI/FAIR seit 2018 Zeitraffer-Videos, um die Entwicklungen auf der Baustelle der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) zu zeigen. Die Jury des “WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards” bewertete das Video als herausragenden Beitrag in der Kategorie „Public Relations/Research and Science“ und verlieh hierfür den "Intermedia-globe SILVER Award".
Mit der neuen Technik des „Longterm Dronelapse“ werden die Fortschritte auf einer der größten Baustellen für die Grundlagenforschung weltweit besonders greifbar. Hierfür fliegt Lars Möller von der interdisziplinären Medienproduktion „Zeitrausch“ aus Breuberg mit einer Drohne regelmäßig die gleichen Routen über die FAIR-Baustelle. Die dabei gefilmten bewegten Zeitraffervideos werden dann in einem einzigen Video kombiniert. Zeitraffervideos, die über nun bereits drei Jahre aufgenommen wurden, sind in dem von World Media Festival ausgezeichneten Video dank GPS-Unterstützung überlagert, sodass die Fortschritte der Bauaktivitäten auf beeindruckende Weise erlebbar werden.
Die WorldMediaFestivals haben ihren Sitz in Hamburg und sind eine Initiative von intermedia. Die WorldMediaFestivals | Television & Corporate Media Awards ehren laut eigenen Angaben herausragende Leistungen in den Bereichen Fernsehen, Corporate Film, Online und Print auf internationaler Ebene. Die Awards sind international als Symbol für höchste Produktionsstandards anerkannt und sind eine der weltweit höchsten Auszeichnungen im visuellen Wettbewerb. Erfahrene Fachleute aus der ganzen Welt sind ehrenamtlich als Juroren tätig. Die Entscheidungen basieren auf Kreativität und Effektivität. Die Kriterien, die sie verwenden, umfassen zum Beispiel Text, Ton, Schnitt, Bildmaterial, Einblicke und vor allem das Ausmaß, in dem der Beitrag seine Zielsetzung erfüllt, d.h. wie gut die definierte Zielgruppe angesprochen wird. (LW)
Der Besuch der Abgeordneten stand im Zeichen von nachhaltiger, energieeffizienter und performanter IT-Infrastruktur. Katy Walther von Bündnis 90/Die Grünen ist zuständig für den Landkreis Offenbach und wurde begleitet von den Fraktionsmitgliedern Olaf Hermann, Geschäftsführer der Kreistagsfraktion, dem umweltpolitischen Sprecher René Bacher, dem kulturpolitischen Sprecher Werner Kremeier, der Büroleiterin Corina Retzbach sowie den Kreistagsabgeordneten Sonja Arnold, Christine Dammer und Karin Wagner.
Die Gäste wurden von Dr. Ulrich Breuer, dem Administrativen Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer von GSI und FAIR, empfangen. Außerdem gehörten Dr. Helmut Kreiser, Gruppenleiter der IT-Abteilung DataCenter, und Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, zu den Teilnehmenden von GSI und FAIR.
Die Gäste nutzten die Gelegenheit, sich in Präsentationen und bei einer Führung durch den Green IT Cube umfassend über das Höchstleistungsrechenzentrum und seine Infrastruktur zu informieren und zeigten sich sehr interessiert an den vielversprechenden Perspektiven. Der Green IT Cube auf dem GSI/FAIR-Campus gehört zu den leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Zugleich setzt er Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und kosteneffizient. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung. Bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung beträgt diese Relation 30 bis 100 Prozent. Das innovative Kühlsystem ermöglicht außerdem eine kompakte und damit platzsparende Bauweise. Der Green IT Cube hat bereits zahlreiche Auszeichnungen erhalten, unter anderem den Blauen Engel, das Umweltzeichen der Bundesregierung.
Neben der Besichtigung des Green IT Cubes gehörte ein Überblick über die FAIR/GSI-Forschungsthemen und den aktuellen Stand des FAIR-Bauprojekts zum Programm. Außerdem konnten die Gäste einen Blick von der Aussichtsplattform auf das 20 Hektar großen FAIR-Baufeld mit den fertiggestellten Rohbauarbeiten für den Ringtunnel des SIS100 werfen. (JL)
Im Rahmen der Projektförderung des Aktionsplans ErUM-Pro des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) erhält das Institut für Kernphysik der Universität zu Köln insgesamt 2,8 Millionen Euro für die nächsten drei Jahre. Gefördert werden damit die Projekte von Professor Dr. Jan Jolie, Professor Dr. Peter Reiter und Professor Dr. Andreas Zilges, die sich mit der Untersuchung der kleinsten Strukturen von Materie beschäftigen. Schwerpunkt sind die Entwicklung, der Aufbau und die Durchführung von Experimenten bei der internationalen Forschungseinrichtung FAIR, die sich momentan bei GSI im Aufbau befindet, und der Forschungsanlage ISOLDE des Forschungszentrums CERN bei Genf.
Ziel der Untersuchungen sind die Eigenschaften kurzlebiger bisher unbekannter Atomkerne, die an den Beschleunigern in Darmstadt und in Genf für die Experimente zur Verfügung gestellt werden. Die Kölner Gruppen tragen in diesem Zusammenhang wesentlich mit Detektoren für die γ-Spektroskopie, für den Nachweis von Neutronen und für die Strahlteilchen zur Instrumentierung zukünftiger Experimente bei. Die Experimente mit stabilen Strahlen, die an der Beschleunigeranlage der Universität zu Köln durchgeführt werden, werden somit in idealer Weise erweitert.
Die Kölner Kollaboration mit der europäischen Forschungseinrichtung ELI-NP (Extreme Light Infrastructure – Nuclear Physics) wird ebenfalls gestärkt. ELI-NP entsteht in der Nähe von Bukarest, Rumänien. Die einzigartige Kombination aus Laserstrahlen und Elektronenstrahlen aus Teilchenbeschleunigern ermöglichen eine zukünftige Lichtquelle, die durch extrem hohe Intensitäten und extrem hohe Energien charakterisiert ist.
Die sichtbare Materie um uns herum besteht zu 99,9 % aus Atomkernen. Diese bestehen aus Protonen und Neutronen, die durch die starke sowie elektromagnetische und schwache Kraft miteinander wechselwirken. Trotz intensiver experimenteller und theoretischer Anstrengungen ist die starke Wechselwirkung in Kernen bis heute nicht ausreichend verstanden. Atomkerne spielen auch eine zentrale Rolle bei der Energieerzeugung und anderen Prozessen in Sternen. Dies bedeutet, dass den Atomkernen eine wichtige Verbindungsrolle zwischen den allerkleinsten Systemen und den allergrößten Systemen (Sterne, Galaxien, Universum) zukommt. Aufgrund dieser einmaligen Stellung des Vielteilchensystems Atomkern ist es von fundamentaler Bedeutung, die Struktur von Kernen und die Wechselwirkungen der Nukleonen in Kernen zu verstehen.
Mit dem Aktionsplan ErUM-Pro fördert das BMBF die Vernetzung zwischen Universitäten, Forschungsinfrastrukturen und Gesellschaft, um die Forschungsinfrastrukturen weiterzuentwickeln und die Forschung dort zu bereichern. Der Aktionsplan ist Teil des BMBF-Rahmenprogramms ErUM – Erforschung von Universum und Materie. (CP)
Der Linearbeschleuniger UNILAC (Universal Linear Accelerator) dient als erste Beschleunigungsstufe, um Ionen auf Tempo zu bringen. Der im hinteren Bereich des 120 Meter langen UNILAC liegende Alvarez-Abschnitt bringt sie von 5% auf 15% der Lichtgeschwindigkeit, damit sie in den GSI-Ringbeschleuniger eingespeist, weiterbeschleunigt und später in die FAIR-Anlage geleitet werden können. Da der bestehende, fast 50 Jahre in Betrieb befindliche Alvarez die hohen Anforderungen für FAIR nicht erreichen kann, fiel die Entscheidung für einen Austausch.
Die neuen Komponenten vereinen große Dimensionen im Meterbereich mit hoher Präzision im Submillimeterbereich. Innenseitige Oberflächen müssen in höchster Qualität mit Rauigkeiten von wenigen Mikrometern gefertigt sein, um später die Verkupferung aufbringen zu können. Eine große Herausforderung für die auf Großkomponenten spezialisierte GSI-Galvanik stellt aufgrund der notwendigen Homogenität auch die Kupferbeschichtung selbst dar. Nur mit ihr können die Geräte ihre „glänzende“ Zukunft im Beschleuniger antreten.
„Eine weitere Spezialität sind die in die Driftröhren der Struktur eingebauten Quadrupolmagnete, die während der Beschleunigung für eine Fokussierung des Strahls sorgen. Auch hier müssen Herstellung, Einbau und Justage exakt stimmen, um die Magnetfeldqualität zu wahren“, erläutert Beschleunigerphysiker Dr. Lars Groening, der die zuständige Abteilung „UNILAC Post Stripper Upgrade“ leitet. „Die Quadrupole haben wir gegenüber dem Bestands-Alvarez stark verbessert: Sie fokussieren stärker und können durch schnelle Umtastung im quasi-gleichzeitigen Betrieb mit mehreren Ionenarten optimale fokussierende Eigenschaften für jede Sorte gewährleisten. Das ist für FAIR unverzichtbar.“
In das Projekt sind viele der technischen Abteilungen von GSI/FAIR involviert. Nach umfangreicher Planung erfolgten Design und Konstruktion der Bauteile. Eine erste neue FoS-Alvarez-Komponente wurde in 2019 geliefert und auf dem Campus zusammengesetzt. Zunächst erfolgten Tests auf die spezifizierten Eigenschaften wie Dimensionen, Toleranzen und Oberflächenqualität der Innenseite sowie der Eigenschaften der elektromagnetischen Felder bei geringen Leistungen. Im vergangenen Jahr 2020 erhielt die Struktur dann ihren charakteristischen Glanz: Sie wurde erfolgreich in der GSI-Galvanik verkupfert und ist nun bereit für Tests im Hochleistungsbetrieb.
Besteht der FoS alle Tests, werden 25 Sektionen in Serienfertigung hergestellt. Auch sie müssen eine definierte Abnahmeprozedur und Tests der hochfrequenten elektromagnetischen Felder durchlaufen. Hierzu werden jeweils fünf Sektionen zu einer Kavität mit drei Tonnen schweren Enddeckeln an jeder Seite und den Driftröhren zusammengeschaltet, so dass insgesamt fünf Kavitäten getestet werden. Erst nach diesem sorgfältigen Testprogramm kann der Austausch des Bestands-Alvarez durch die fünf neuen Alvarez-Kavitäten im UNILAC-Tunnel beginnen, der rund eineinhalb Jahre dauern soll. (CP)
]]>Seit 2018 realisiert die PORR im Projekt als Teil der ARGE FAIR Anlagenbereich Nord eines der aktuell größten und komplexesten Bauvorhaben der internationalen Spitzenforschung: PORR baut den 1,1 km langen FAIR-Beschleunigertunnel inklusive der darüberliegenden Gebäudeteile, das Kreuzungsbauwerk mit unterirdischer Transferhalle zur Leitung des Strahls in den Beschleunigerring (SIS100) sowie das angeschlossene Hauptversorgungsgebäude. (CP)
]]>Im FAIR-Ringbeschleuniger werden verschiedene ausgefeilte Magnete und ganze Magnetsysteme dafür sorgen, dass der Ionenstrahl präzise gelenkt und fokussiert wird. Zu ihnen gehören auch die supraleitenden Dipolmodule. Insgesamt wurden 110 Dipolmagnete für FAIR produziert, 108 werden im Ringbeschleuniger-Tunnel installiert, zwei weitere sind Ersatzmagnete. Die Dipole, die vor allem zur Umlenkung des Teilchenstrahls eingesetzt werden, machen somit mehr als ein Viertel aller 415 im SIS100 verwendeten schnell gerampte supraleitenden Magnete aus.
Die erfolgreiche Herstellung dieser Dipolmodule und ihr Testen stellt die größte je im Auftrag von GSI gefertigte Serie von Beschleunigerkomponenten dar. Der Abschluss ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Installation im Tunnel, die voraussichtlich in der zweiten Hälfte nächsten Jahres beginnen soll. Die Firma Bilfinger Noell in Würzburg, eine der wenigen europäischen Hersteller für supraleitende Magnete, war mit der Serienproduktion beauftragt.
Die SIS100-Dipolmagnete sind sogenannten Superferric-Magnete, bestehend aus einer supraleitenden Spule und einem Eisenjoch zur Führung des Magnetfeldes. Das Besondere an den Magneten ist die supraleitende Spule, in der ein spezielles supraleitendes Kabel zum Einsatz kommt. Dieses Nuklotronkabel – entwickelt wurde ursprünglich für den Kreisbeschleuniger Nuklotron am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna – eignet sich besonders zur Erzeugung schnell gerampter Magnetfelder.
Das Kabel besteht aus einem Kupfer-Nickel-Röhrchen, um das Stränge aus Niobium-Titanium, einem gebräuchlichen Supraleiter, gewickelt sind. Das ursprüngliche Design wurde in Hinblick auf die Anforderungen von FAIR optimiert. Es wird mit flüssigem Helium gekühlt und bei einer Temperatur von 4,5 Kelvin betrieben (das entspricht 4,5 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei rund -273 Grad). Das Design der Magneten erlaubt es, Vakuumkammern für den Ionenstrahl zu integrieren, deren Wandtemperatur ebenfalls knapp über dem absoluten Nullpunkt liegt. Damit wirken die Kammerwände wie eine Superpumpe, an denen die restlichen Teilchen des Strahlvakuums heften bleiben. Der in dieser Weise ermöglichte extrem niedrige Restgasdruck ist zwingende Voraussetzung zur Beschleunigung von Schwerionenstrahlen höchster Intensitäten. Höchste Teilchenintensitäten gehören zu den Spezifikationen der FAIR-Anlage, die eine große Vielfalt neuer Experimentiermöglichkeiten bietet.
Jeder der etwa drei Tonnen schweren und drei Meter langen Magnete wurde einem umfangreichen Prüfprogramm unterzogen: Die Qualitätskontrolle der Produktion und verschiedene Tests erfolgten vor der Auslieferung nach Darmstadt unter Raumtemperatur-Bedingungen in Würzburg. Unter anderem wurde die geometrische Präzision der inneren Apertur und die elektrischen Eigenschaften der Spule im Rahmen des sogenannten FAT (Factory Acceptance Tests) vermessen. Es gelang der Firma Bilfinger Noell, die Fertigung über die gesamte Serie so präzise zu gestalten, dass die Abweichungen der Geometrie der feldbestimmenden Polschuhe stets kleiner als 50 Mikrometer von der Sollgeometrie waren.
Nach der Lieferung zu GSI wurden alle 110 Dipolmodule einem SAT (Site Acceptance Test) unterzogen, der auch Leistungstests bei der finalen Betriebstemperatur von 4,5 K umfasste. Um die Magnete auf diese Temperatur abkühlen zu können, wurde bei GSI eigens eine aufwendige, fast 700 Quadratmeter große Testeinrichtung mit Kryoanlage für supraleitende Beschleunigermagnete (STF, Series Test Facility) aufgebaut. Sie verfügt über vier sogenannte Feed-Boxen, an die die Dipolmodule angeschlossen werden und in unterschiedlichen Phasen parallel getestet werden konnten. Mit einem eigens beschafften Hochleistungsnetzteil konnten die Module im Leistungstest mit Stromstärken bis zu 17 Kiloampere bei Stromanstiegsraten von 28.000 Ampere pro Sekunde versorgt werden.
Das Testprogramm für alle 110 Dipolmodule wurde in jahrelanger Zusammenarbeit von Mitarbeitenden verschiedener Fachbereiche und Abteilungen durchgeführt. In einem letzten Integrationsschritt werden nun noch die dünnwandigen Dipolkammern eingebaut, die bei der Firma PINK Vakuumtechnik in Wertheim produziert werden. (BP)
]]>Die „Charta der Vielfalt" geht auf eine Unternehmensinitiative zur Förderung von Vielfalt in Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen zurück. Die Bundesregierung unterstützt diese Initiative, Schirmherrin der Charta ist Bundeskanzlerin Angela Merkel. Inzwischen haben über 3800 Unternehmen und Institutionen mit mehr als 14 Millionen Beschäftigten die Charta der Vielfalt unterzeichnet.
Träger der Initiative ist seit 2010 der gemeinnützige Verein Charta der Vielfalt e.V.. Ziel ist es, die Anerkennung, Wertschätzung und Einbeziehung von Vielfalt in der Unternehmenskultur in Deutschland zu fördern. Mit unterschiedlichen Projekten treibt die Charta der Vielfalt die inhaltliche Diskussion zum Diversity-Management in Deutschland weiter voran.
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, hebt hervor: „Für GSI/FAIR als stark international agierende Forschungseinrichtung ist die Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Menschen und Kulturen bereits gelebte Vielfalt. Spitzenforschung basiert auf lebendigen Kooperationen über alle Grenzen hinweg, nicht nur über Ländergrenzen. Eine vorurteilsfreie Perspektive, die die unterschiedlichsten Talente optimal fördert, ist von großer Bedeutung für erfolgreiche Wissenschaft.“
Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer von GSI und FAIR, betont: „Die Vielfalt der Mitarbeitenden mit all ihren unterschiedlichen Fähigkeiten und Talenten erschließt ein Potenzial, auf das wir nicht verzichtet wollen und nicht verzichten können. Vielfalt ist auch ein wirtschaftlicher Erfolgsfaktor. Sie eröffnet Chancen, um den Anforderungen des modernen Wirtschafts- und Arbeitslebens noch erfolgreicher und effizienter zu begegnen, gerade in einer weltoffenen Institution wie GSI/FAIR.“
Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, unterstreicht: „Wertschätzung und Anerkennung von Vielfalt sind eine wichtige Ressource, die den Weg zu innovativen Lösungen ebnet. Neue Perspektiven und konstruktives Zusammenwirken ermöglichen es, sich den Herausforderungen der zunehmenden Globalisierung zu stellen. Diese Innovationsfähigkeit, die aus einer Organisationskultur der Vielfalt hervorgeht, gilt es zu nutzen, um zukunftsträchtige Projekte wie FAIR zu gestalten und voranzutreiben.“
Bereits im vergangenen Jahr hatten sich die Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft darauf geeinigt, ein gemeinsames Verständnis von Diversität, Inklusion und einer diversitätssensiblen Organisationskultur zu entwickeln und zu leben. Alle 19 Mitglieder der Helmholtz-Gemeinschaft, darunter auch GSI, verabschiedeten dazu in ihren Mitgliederversammlungen eine entsprechende Leitlinie, um die Rahmenbedingungen dafür zu schaffen, Vielfalt und Inklusion auch in den Prozessen, Strukturen und Gegebenheiten der Zentren abzubilden. Nun konnte mit der Unterzeichnung der „Charta der Vielfalt“ untermauert werden, wie wichtig für GSI/FAIR ein Klima der Akzeptanz und des gegenseitigen Vertrauens ist. (BP)
Neue Messungen der ALICE-Kollaboration zeigen, dass sich die Art und Weise, wie Charm-Quarks in Proton-Proton-Kollisionen Hadronen bilden, deutlich von den Erwartungen unterscheidet, die auf Messungen an Elektronenbeschleunigern basieren. Die ALICE-Forschungsabteilung bei GSI war maßgeblich an der Messung und Auswertung der Ergebnisse beteiligt.
Quarks gehören zu den Elementarteilchen des Standardmodells der Teilchenphysik. Neben Up- und Down-Quarks, die die Grundbausteine der gewöhnlichen Materie im Universum sind, existieren vier weitere Quark-Varianten, die in Kollisionen an Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider LHC des CERN ebenfalls reichlich produziert werden. Quarks werden aufgrund eines fundamentalen Aspekts der starken Wechselwirkung, dem sogenannten Farbladungseinschluss, nicht isoliert beobachtet. Der Einschluss bedingt, dass Teilchen, die die Ladung der starken Wechselwirkung, genannt Farbe, tragen, farbneutrale Zustände bilden. Dies wiederum zwingt Quarks dazu, einen Prozess der Hadronisierung zu durchlaufen, d. h. Hadronen zu bilden, die zusammengesetzte Teilchen sind, die meist aus einem Quark und einem Antiquark (Mesonen) oder aus drei Quarks (Baryonen) bestehen. Die einzige Ausnahme ist das schwerste Quark, das Top, das zerfällt, bevor es Zeit hat, zu einem Hadron zu werden.
An Teilchenbeschleunigern entstehen Quarks mit großer Masse, wie z. B. das Charm-Quark, nur bei den ersten Wechselwirkungen zwischen den kollidierenden Teilchen. Je nach Art des verwendeten Strahls sind dies Elektron-Positron-, Elektron-Proton- oder Proton-Proton-Kollisionen (wie am LHC). Die anschließende Hadronisierung von Charm-Quarks zu Mesonen (D0, D+, Ds) oder Baryonen (Λc, Ξc, ...) findet auf einer langen Raum-Zeit-Skala statt und wurde bis zu den jüngsten Erkenntnissen der ALICE-Kollaboration als universell – also unabhängig von der Spezies der kollidierenden Teilchen – angesehen.
Die großen Datenmengen, die während der zweiten Messperiode am LHC gesammelt wurden, ermöglichten es ALICE, die überwiegende Mehrheit der in den Proton-Proton-Kollisionen erzeugten Charm-Quarks zu erfassen, indem die Zerfälle aller Arten von Charm-Mesonen und der häufigsten Charm-Baryonen (Λc und Ξc) rekonstruiert wurden. Es wurde festgestellt, dass die Charm-Quarks zu 40 % Baryonen bilden. Das ist viermal so oft als aufgrund von Messungen erwartet, die zuvor an Collidern mit Elektronenstrahlen gemacht wurden (e+e- und ep in der Abbildung).
„Unsere lokale ALICE-Gruppe bei GSI hat unter Koordination von Dr. Andrea Dubla viele dieser Resultate produziert und publiziert. Dabei kam auch eine Auswertungssoftware zur Rekonstruktion der Zerfälle zum Einsatz, die für das FAIR-Experiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM entwickelt wurde und nun von CBM und ALICE gemeinsam genutzt wird“, erläutert Professorin Silvia Masciocchi, Leiterin der ALICE-Abteilung bei GSI. „Die Untersuchung schwerer Quarks gehört zu den Schwerpunkten unserer ALICE-Forschung bei GSI, und wir freuen uns sehr, dass unsere langjährigen Bemühungen nun zu solch eindrucksvollen Resultaten beigetragen haben. Wir profitieren auch sehr vom HGF-GSI-OCPC Programm, das uns ermöglicht, exzellente junge Wissenschaftler von chinesischen Universitäten für unsere Forschung zu gewinnen. Dies eröffnet spannende Perspektiven für die Zukunft.“
Die Messungen zeigen, dass der Prozess des Farbladungseinschlusses und der Hadronenbildung immer noch ein unzureichend verstandener Aspekt der starken Wechselwirkung ist. Aktuelle theoretische Erklärungen für die Baryonenanreicherung beinhalten die Kombination von mehreren Quarks, die in Proton-Proton-Kollisionen erzeugt werden, und neue Mechanismen bei der Neutralisierung der Farbladung. Zusätzliche Messungen während der nächsten Messperiode am LHC werden es ermöglichen, diese Theorien zu überprüfen und unser Wissen über die starke Wechselwirkung zu erweitern. (CERN/CP)
Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh ist als Forschungs- und Nutzlastenkoordinatorin im ESA-Direktorat für astronautische und robotische Weltraumexploration tätig. Dort koordiniert sie das Forschungs- und Nutzlastprogramm, das das übergeordnete Ziel hat, sichere und nachhaltige Langzeit-Explorationsmissionen in den tiefen Weltraum mit menschlichen Besatzungen zu ermöglichen. In ihrem Aufgabenfeld wird sie auch die ESA-FAIR-Kooperation zur Erforschung von kosmischer Strahlung verantwortlich betreuen, in die sie schon zuvor maßgeblich eingebunden war, unter anderem als Teil des Projektteams bei der Umsetzung der gemeinsamen ESA-FAIR Summer School.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, sagte: „GSI und FAIR danken Thomas Reiter ganz herzlich für die hervorragende Zusammenarbeit. Er war einer der entscheidenden Initiatoren der ESA-FAIR-Kooperation, die wir mit der Vertragsunterzeichnung im Februar 2018 erfolgreich starten konnten und die seither zahlreiche wichtige Forschungsbeiträge hervorgebracht hat. Wir freuen uns sehr auf die künftige Zusammenarbeit mit Dr. Dr. Ngo-Anh und die Möglichkeit, gemeinsam mit ihr unsere Kooperation weiter voranzubringen. Die Zusammenarbeit von FAIR und ESA eröffnet einmalige Möglichkeiten für exzellente Forschung im Bereich der kosmischen Strahlung und ihrer Auswirkungen.“
Mehr über die Auswirkungen von kosmischer Strahlung auf Menschen, Elektronik und Material zu erfahren, gehört zu den entscheidenden Fragestellungen der Zukunft in der astronautischen, aber auch der robotischen Raumfahrt. Weiter wichtiger Baustein ist die Beurteilung von Strahlenrisiken. Die genauere Erforschung von kosmischer Strahlung, wie sie die ESA-FAIR-Kooperation anstrebt, ist somit eine der zentralen Aufgaben zum effektiven Schutz von Astronaut*innen und Raumfahrtsystemen.
Die neue ESA-Verantwortliche Dr. Dr. Ngo-Anh freut sich ebenfalls auf die vertiefte Zusammenarbeit mit GSI/FAIR und betont die Bedeutung: „Weltraumstrahlung gilt als eine der Hauptrisiken für lang andauernde menschliche Erkundungsmissionen in den tiefen Weltraum. Deshalb wollen wir in Kooperation mit GSI/FAIR unser Verständnis der Weltraumstrahlung vorantreiben. Die Kooperation ist einzigartig, da im Bereich der Weltraum-Strahlungsforschung nur sehr begrenzte Möglichkeiten bestehen, Materialien der (Weltraum-)Bestrahlung auszusetzen. Eines der Hauptziele der Kooperation ist es, weltraumrelevante Experimente durchzuführen und die gewonnenen Erkenntnisse an den hochmodernen Anlagen und der Infrastruktur von GSI beziehungsweise FAIR in Darmstadt direkt anzuwenden – und damit einen Beitrag zur nachhaltigen und sicheren Erforschung des Weltraums mit menschlichen Besatzungen zu leisten.“
Dr. Dr. Jennifer Ngo-Anh studierte in Tübingen Medizin und promovierte dort, danach folgte ein Neurowissenschaftsstudium mit Promotion an der Universität Portland im US-Bundesstaat Oregon. Anschließend begann ihre Karriere bei der ESA im Direktorat für astronautische Raumfahrt. Heute leitet sie als Programmkoordination Forschung und Nutzlasten mit einem 20-köpfigen Team die hauptsächlich medizinisch-lebenswissenschaftlichen Aspekte des europäischen Raumfahrt-Programms. Zu ihrem Tätigkeitsbereich gehören die wissenschaftliche Planung, Koordination und Umsetzung des europäischen Beitrags zur Internationalen Raumstation (ISS) sowie aller europäischen bodenbasierter Aktivitäten im Bereich der astronautischen und robotischen Raumfahrt. (BP)
]]>In der laufenden Experimentierzeit auf dem GSI- und FAIR-Campus nutzt TRON in Zusammenarbeit mit der GSI-Abteilung Biophysik die Beschleunigeranlagen für eine neue, vielversprechende Kombination an Therapieansätzen: die Verbindung der Kohlenstoffionentherapie einerseits und der Immuntherapie mit einem mRNA-basierten Krebsimpfstoff andererseits. Die Kombination dieses potenten systemischen Medikaments mit lokalem Schwerionenbeschuss der Primärmasse könnte ein Schlüssel sein, um Krebserkrankungen im fortgeschrittenen Stadium zu besiegen.
Noch ist die Forschung von TRON bei GSI/FAIR ein Blick in die Zukunft. „Die Ergebnisse werden eine erste Orientierung geben, ob die Schwerionen-Strahlentherapie von einer kombinierten Immuntherapie mit Krebsimpfstoffen profitieren kann, und sind aufschlussreich für die Translation von Radioimmuntherapie-Kombinationen unter Verwendung schwerer Ionen in die Klinik“, erläutern die beiden TRON-Wissenschaftlerinnen Dr. Fulvia Vascotto und Dr. Nadja Salomon.
„Ziel des aktuellen Experiments bei GSI/FAIR ist es, die Wirksamkeit von Kohlenstoffionen und Röntgenstrahlen (konventionelle Strahlentherapie), jeweils kombiniert mit einem mRNA basierten, für ein Maustumormodell spezifischen Impfstoff, direkt zu vergleichen“, erklärt Dr. Alexander Helm, Wissenschaftler in der GSI-Abteilung Biophysik und für die Experimentkoordination zuständig. Das Experiment betritt absolutes Neuland: Eine Partikeltherapie mit Kohlenstoffionen und therapeutische Krebsimpfstoffe wurden bisher noch nie kombiniert.
Das Immunsystem spielt eine wichtige Rolle bei der Vermeidung und Heilung von Krebs. Im Normalfall erkennt es entartete Zellen und kann diese „aussortieren“. Doch zugleich besitzt es hochkomplexe Kontrollmechanismen, um Überreaktionen zu vermeiden. Gerade dies können Krebszellen manchmal für sich nutzen und die Immunüberwachung herunterregulieren. Sie verschwinden damit gleichsam vom Radar, tarnen sich so geschickt, dass die körpereigene Abwehr den Feind nicht erkennt oder zu schwach ist, um ihn zu bekämpfen. Eine Immuntherapie kann das Immunsystem in diesem Kampf gegen den Krebs wieder aktivieren.
Der in prä-klinischen Studien bei TRON verfolgte Ansatz führt dazu, das Immunsystem über eine Impfung mit Boten-RNA (mRNA) zu stimulieren. Mit der Impfung – die zerbrechliche mRNA wird dabei in eine schützende Lipid-Hülle eingepackt – erhält der tumorerkrankte Organismus wertvolle Informationen. Wie ein Lehrer instruiert der von den antigenpräsentierenden Zellen aufgenommene Impfstoff spezifisch das Immunsystem, aktiviert es zur Produktion von Antigenen und mobilisiert es gegen die mutierten Krebszellen. Dieser Krebsimpfstoff basiert auf ähnlichen Technologien wie die gegen Covid-19 eingesetzten mRNA-basierten Impfstoffe.
Es gibt bereits einen Hinweis darauf, dass eine konventionelle Strahlentherapie (hochenergetische Röntgenstrahlung) als zweite Komponente neben einem mRNA-Impfstoff Synergien bewirkt, die sich als effizienter in der antitumoralen Wirkung zeigen und das Immunsystem stärken. Die immunologischen Effekte einer Schwerionentherapie sind dagegen weniger bekannt. Die Strahlentherapie mit Kohlenstoffionen wurde bei GSI entwickelt und ist mittlerweile sehr erfolgreich in Heidelberg und Marburg sowie in neun weiteren Zentren weltweit für bestimmte Tumorformen in der klinischen Anwendung. Kann die Strahlentherapie mit Kohlenstoffionen bei bestimmten Tumorarten von Vorteil sein und kann sie neue klinische Perspektiven für mehr Krebspatient*innen eröffnen? Möglicherweise ist diese Therapieform immunogener, könnte also eine noch stärkere Immunantwort auslösen als eine konventionelle Strahlentherapie und gemeinsam mit einem individualisierten mRNA-Impfstoff dazu führen, dass mehr Patient*innen auf diese therapeutische Kombination ansprechen. Das ist die Art von Fragen, auf die dieses Proof-of-Concept-Experiment eine Antwort geben möchte.
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der GSI-Abteilung Biophysik hatte im vergangenen Jahr mit Hauptautor Dr. Alexander Helm bereits erste vielversprechende Ergebnisse für den möglichen Nutzen einer Behandlungskombination aus Kohlenstoffionen und Immuntherapie veröffentlicht. Die Forschenden konnten demonstrieren, dass Kohlenstoffionen plus Immuntherapie bei der Kontrolle von Lungenmetastasen wirksamer sind als beide Therapien für sich allein genommen und auch wirksamer als Röntgenstrahlen plus Immuntherapie. Dabei waren allerdings Checkpoint-Inhibitoren statt des jetzigen therapeutischen mRNA-Impfstoffs Basis der Immuntherapie gewesen.
Der Fortgang der aktuellen Krebsforschung bei TRON in Mainz wird neue Antworten liefern, unter anderem im Hinblick auf die Tumorkontrolle/-rückgang (hier ein kolorektales Adenokarzinom) und über die Mechanismen, die immunologische Zellakteure bei den antitumoralen Effekten einbeziehen. Doch um dieses Potenzial noch besser ermessen zu können, muss weitere Forschung erfolgen und schließlich auch der Einsatz in klinischen Studien getestet werden. „Wissenschaftliche Synergien durch sich ergänzende Forschung wirken als Beschleuniger für die Entwicklung innovativer Therapieansätze. Gemeinsame Forschungsaktivitäten, wie derzeit zwischen der GSI und TRON, sind daher von hoher Bedeutung für die zukunftsorientierte Krebsforschung“, betont Michael Föhlings, Geschäftsführer von TRON.
Die Weiterentwicklung der Therapie mit geladenen Teilchen ist ein Spezialgebiet von Professor Marco Durante, dem Leiter der GSI-Abteilung Biophysik. Den Ergebnissen der TRON-Untersuchungen sieht er mit Spannung entgegen: „Die Teilchentherapie ist stark im Wachstum begriffen und ist möglicherweise die wirksamste und präziseste Strahlentherapietechnik. Sie mit hochmodernen Impfstoffen zu kombinieren, ist ein äußerst vielversprechender Ansatz. Ziel dabei ist es immer, die zentrale Frage zu beantworten: Wie soll therapiert werden, um die effizienteste, die beste Immunantwort zu bekommen im Kampf gegen den Krebs? Die gesamte Erfahrung von TRON und GSI/FAIR auf dem Gebiet der Krebsforschung wird dabei gebündelt und verstärkt. Das ist für mich ein Highlight unseres aktuellen FAIR-Phase 0-Experimentierprogramms.“
Der Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino sagt: „Ich bin von diesen Experimenten außerordentlich begeistert. Dass ein mRNA-basierter Impfstoff in Verbindung mit Ionenstrahlen zur Entwicklung einer möglichen neuen Krebstherapie untersucht wird, ist ein perfektes Beispiel für das große Potenzial der Grundlagenforschung an unseren Beschleunigeranlagen, um neue Ergebnisse zum Nutzen der Gesellschaft hervorzubringen. Die erste Stufe des FAIR-Experimentierprogramms, das Vorlaufprogramm FAIR Phase 0, bietet bereits hervorragende Möglichkeiten. Mit dem Bau der FAIR-Anlage in Darmstadt wollen wir dieses Potenzial in weltweiter Zusammenarbeit ausbauen und weiterentwickeln." (BP)
Die TRON gGmbH ist ein biopharmazeutisches Forschungsinstitut, das neue Diagnostika und Arzneimittel für die Therapie von Krebs und anderen Erkrankungen mit hohem medizinischem Bedarf entwickelt. Der Schwerpunkt von TRON liegt in der Entwicklung neuer Plattformen für personalisierte Therapiekonzepte und Biomarker, und somit in der Überführung grundlagenorientierter Forschung in die Entwicklung neuer Arzneimittel. In Zusammenarbeit mit akademischen Institutionen, Biotechnologiefirmen und der pharmazeutischen Industrie kommen in der Forschung am TRON modernste Technologien zum Einsatz. Zudem stellt TRON seine einzigartige Expertise und Infrastruktur der Entwicklung von innovativen Arzneimitteln zur besseren Patientenversorgung zur Verfügung.
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit einzugartige Beschleunigeranlage für Ionen. Einige der bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung sechs neuer chemischer Elemente sowie die Entwicklung einer neuen Krebstherapie. Zurzeit entsteht bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt werden die Anlage für Experimente nutzen, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik.
]]>Das VAJRA Faculty Scheme ermöglicht es Dr. Rahul Singh, im Jahr 2021 ein gemeinsames Forschungsprojekt mit seinen Kolleg*innen am IUAC in Neu Delhi durchzuführen. Dieses prestigeträchtige Forschungsstipendium des Science and Engineering Research Board, Government (SERB), eines Gremiums des indischen Ministeriums für Wissenschaft und Technologie, ist ein spezielles Förderprogramm, um talentierten Forschenden indischer Herkunft – es können auch deutsche Staatsbürger*innen sein – einen wissenschaftlichen Austausch und eine Forschungskooperation in Indien zu ermöglichen, die zu einer engeren Zusammenarbeit der Partnerinstitute führt.
Dr. Rahul Singh ist in der Abteilung Strahldiagnostik bei GSI und FAIR tätig und arbeitet als Arbeitspaketleiter für das Closed-Orbit-Feedback-System für den zukünftigen FAIR-Ringbeschleuniger SIS100. Sein derzeitiger Forschungsschwerpunkt liegt auf Signalverarbeitungsalgorithmen für Synchrotrons und Speicherringe, Rückkopplungssystemen und der Optimierung der langsamen Extraktion bei FAIR. Weitere Forschungsinteressen umfassen die Anwendung von Übergangsstrahlung für die transversale und longitudinale Diagnostik in verschiedenen Teilen der GSI-Beschleunigeranlage, die inverse Modellierung des Beschleunigers sowie die Anwendung von maschinellen Lerntechniken zur Leistungsverbesserung von Diagnosegeräten.
Das VAJRA (Visiting Advanced Joint Research) Faculty Scheme des Science and Engineering Research Board, Government (SERB) India ist ein spezielles Programm ausschließlich für ausländische Forschende und Akademiker*innen mit Schwerpunkt auf nicht ortsansässigen Inder*innen (NRI) und Personen indischen Ursprungs (PIO), um als Lehrbeauftragte*r oder Gastwissenschaftler*in für einen bestimmten Zeitraum in indischen, öffentlich finanzierten akademischen und Forschungseinrichtungen zu arbeiten.
Das indische Gastinstitut, das Inter-University Accelerator Centre (IUAC), ist das erste Inter-University Centre (IUC) der University Grant Commission (UGC) of India, 1984 nach Zustimmung der Planungskommission als autonome Einrichtung mit dem Namen Nuclear Science Centre mit dem Ziel gegründet, innerhalb des Universitätssystems Beschleunigersysteme von Weltklasse zusammen mit experimentellen Einrichtungen zu schaffen und eine grundlegende Infrastruktur zu bieten, um international wettbewerbsfähige Forschung im Bereich der Kernphysik, Materialwissenschaft, Atomphysik, Strahlenbiologie, Strahlenphysik und Beschleuniger-Massenspektrometrie zu ermöglichen. Das Zentrum wurde 1991 zu einer nationalen User-Einrichtung und verfügt über Indiens größten Tandembeschleuniger. Später kamen weitere Beschleuniger wie ein supraleitender Linearbeschleuniger, ein 1,7-MeV-Pelletron-Beschleuniger und eine auf Electron Cyclotron Resonance (ECR)-Ionenquelle basierende Niederenergie-Ionenstrahlanlage hinzu.
Für weitere Informationen zum Programm kann Programm-Koordinator Dr. Pradeep Ghosh kontaktiert werden.
Exzellenz-Zertifikat der GSI/FAIR-Geschäftsführung für Dr Rahul Singh
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Das Thema FLASH-Bestrahlung steht weltweit stark im Fokus und ist auch ein Arbeitsschwerpunkt innerhalb der klinischen Radiobiologie bei der GSI-Biophysik. Das FLASH-Verfahren ist eine neue, vielversprechende Möglichkeit der Strahlentherapie. Das englisch Wort Flash bedeutet Blitz, in der Strahlenmedizin geht es entsprechend um eine ultrakurze und ultrahoch dosierte Bestrahlung, bei der die Behandlungsdosis in Zeitskalen von unter einer Sekunde abgegeben wird. Ziel ist es, bei der FLASH-Bestrahlung eine sehr hohe Strahlendosis in sehr kurzer Zeit zu applizieren. Bei der traditionellen Strahlentherapie, aber auch bei der Protonen- oder Ionentherapie werden den Erkrankten über einen längeren Zeitraum kleinere Strahlendosen verabreicht, während bei der FLASH-Strahlentherapie nur wenige kurze Bestrahlungen erforderlich sein könnten, die alle weniger als 100 Millisekunden dauern.
Jüngste In-vivo-Untersuchungen konnten im Bereich der Elektronenstrahlung bereits zeigen, dass ein FLASH-Verfahren mit einer ultrahohen Dosisrate weniger schädlich für gesundes Gewebe ist, aber genauso effizient wie konventionelle Dosisleistungsstrahlung, um das Tumorwachstum zu hemmen. Für die Protonen- und auch für die Ionenstrahl-Bestrahlung, wie sie der bei GSI entwickelten Tumortherapie mit Kohlenstoff-Ionen zugrunde liegt, ist ein solcher Effekt noch nicht nachgewiesen. Hier steht noch viel Forschungsarbeit an. Die Ergebnisse des aktuellen Experiments bei GSI werden nun ausgewertet und sollen zu neuem Erkenntnisgewinn beitragen.
Aber nicht nur wissenschaftlich, sondern auch technisch ist das Thema eine große Herausforderung: Bisher war eine solche FLASH-Technik nämlich nur an Elektronen- und Protonenbeschleunigern anwendbar. Während mit einem Zyklotron (Kreisbeschleuniger) die erforderlichen Dosisleistungen für Elektronen und Protonen erreicht werden kann, ist dies mit den in der Schwerionentherapie benötigten Synchrotrons wie dem SIS18 bei GSI schwieriger. Deshalb ist das aktuelle Experiment im Rahmen der FAIR-Phase 0 ein ganz entscheidender Schritt: Durch die Leistungssteigerung an der bestehenden GSI-Beschleunigeranlage im Rahmen der Vorbereitungen für FAIR kann nun auch für Kohlenstoff die nötige Dosisrate im Millisekunden-Bereich erreicht werden. Bevor das Verfahren bei Patient*innen routinemäßig zum Einsatz kommen kann, braucht es allerdings noch viel technische Entwicklung und viele Untersuchungen.
Der Leiter der GSI-Forschungsabteilung Biophysik, Professor Marco Durante, zeigte sich sehr erfreut über den wichtigen Erfolg bei der FLASH-Bestrahlung: „Es ist eine zukunftsweisende Methode, die das therapeutische Fenster in der Strahlentherapie erheblich vergrößern könnte. Es freut mich sehr, dass die Forschenden und das Beschleunigerteam demonstrieren konnten, dass es möglich ist, mit Kohlenstoffstrahlen Bedingungen zu erzeugen, wie sie für eine FLASH-Therapie von Tumoren notwendig sind. Wenn es gelingt, die große Wirkung und Präzision der Schwerionentherapie mit einer FLASH-Bestrahlung bei gleichbleibender Wirksamkeit und schädigungsarm für das gesunde Gewebe zu kombinieren, könnte dies den Weg für eine zukünftige Schwerionentherapie in einigen Jahren ebnen.“
Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, ist sehr erfreut: „Die Kombination aus Expertise in Biophysik und Medizin sowie ingenieurstechnischer Spitzenleistung ermöglicht es, erste weltweit herausragende Experimente zur FLASH-Bestrahlung mit Ionenstrahlen durchzuführen. Daraus könnten sich wichtige Ergänzungen zu bestehenden Strahlentherapien ergeben. Die Anwendungen in der Tumortherapie sind eines der Forschungsgebiete, die von den jüngst erhöhten Intensitäten der GSI-Beschleuniger profitieren können. Die moderne Radiobiologie wird einen erheblichen Nutzen von Strahlen mit noch höheren Intensitäten haben, wie wir sie an der im Bau befindliche FAIR-Anlage bieten werden. FLASH ist ein erstes Beispiel für diese zukünftigen Arbeitsausrichtungen.“ (BP)
]]>Der große Ringtunnel besteht aus den beiden parallel nebeneinander verlaufenden Tunnelbereichen, zum einen für die Beschleunigermaschine, zum anderen für die entsprechenden technischen Versorgungseinrichtungen. Die Bodensohle liegt in 18 Meter Tiefe. Errichtet wurde der Beschleunigerring in mehreren, jeweils rund 25 Meter langen Segmenten. Nach der Vollendung der tragenden Teile, der Bodenplatten, der Wände und der Deckenkonstruktion steht als nächstes die Montage der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA) wie Elektroversorgung, Klimatechnik, Sicherheitstechnik usw. an. Die Baugrube wird nun sukzessive verfüllt, worauf obererdig zusätzliche Baustelleneinrichtungsflächen für die TGA-Firmen hergerichtet werden. Nachdem die letzte Decke betoniert wurde, wird noch eine Logistiköffnung offengehalten, um den Großteil der Schalung für den Tunnel dort ausheben zu können. Später wird auch sie verschlossen werden.
Der SIS100 ist ein Projekt der Superlative, was sich auch in einigen Eckdaten widerspiegelt: In der Baugrube Nord mit ihrem unterirdischen Ringbeschleuniger als zentraler Gebäudestruktur wurde insgesamt knapp eine Million Kubikmeter Erde für den Bau ausgehoben, die zu einem großen Teil wieder an Ort und Stelle verfüllt wird. Insgesamt wurden zirka 159.000 Kubikmeter Beton für den SIS100-Beschleunigerring verbaut, rund 27.000 Tonnen Stahl sorgen für verlässliche Stabilität des unterirdischen Bauwerks.
Der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, zeigte sich erfreut über den Abschluss dieser für das gesamte FAIR-Projekt so wichtigen Etappe: „FAIR ist ein wissenschaftlich und technisch außergewöhnliches Bauvorhaben. Es erfordert maßgeschneiderte Lösungen sowie das Ineinandergreifen zahlreicher Einzelgewerke. Deshalb sind in unserer integrierten Gesamtplanung Hoch- und Tiefbau, Beschleunigerentwicklung und -bau sowie die wissenschaftlichen Experimente eng aufeinander abgestimmt. Der jetzt erfolgte Ringschluss ist das Ergebnis präziser Planung und Umsetzung und ein substanzieller Fortschritt des gesamten Projektes. Die enge Verzahnung und integrierte Abstimmung mit allen beteiligten Parteien und Stakeholdern ist ein entscheidender Eckpfeiler der Realisierungsstrategie für das FAIR-Projekt.“ (BP)
]]>Ein Physik-Forschungsteam unter Leitung der TU Darmstadt hat den höchsten jemals beobachteten Europium-Gehalt in Sternen entdeckt. Die Arbeit der EUROPIUM-Gruppe um die mit einem Grant des Europäischen Forschungsrates ausgezeichneten Professorin Almudena Arcones vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und der TU Darmstadt wurde nun in „The Astrophysical Journal“ veröffentlicht. Mitautor ist Dr. Moritz Reichert (Mitglied von EUROPIUM), Mitautorin Dr. Camilla Hansen vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.
Europium ist der Schlüssel zum Verständnis der Entstehung der schweren Elemente durch den schnellen Neutroneneinfangprozess, den sogenannten r-Prozess. Dieser ist entscheidend sowohl für die Bildung der Hälfte der Elemente, die schwerer sind als Eisen, als auch für das gesamte Vorkommen an Thorium und Uran im Universum. Die EUROPIUM-Gruppe hat theoretische astrophysikalische Simulationen mit Beobachtungen der ältesten Sterne in unserer Galaxie und in Zwerggalaxien kombiniert. Letztere sind kleine, von dunkler Materie dominierte Galaxien, die um unsere Galaxie kreisen. Zwerggalaxien sind exzellente Testobjekte für die Untersuchung des r-Prozesses, da einige der ältesten, also seit 10 bis 13 Milliarden Jahren existierenden metallarmen Sterne eine Überhäufigkeit von r-Prozess-Elementen aufgewiesen haben. Studien haben sogar postuliert, dass nur ein einziges neutronenreiches Ereignis für diese Anreicherung in den kleinsten Zwerggalaxien verantwortlich sein könnte.
Mit ihrer neuen Entdeckung ist es den Forschenden in Darmstadt und Heidelberg gelungen, den höchsten jemals beobachteten Europium-Gehalt zu bestimmen – und sie haben einen neuen Namen für diese Sterne geprägt: „Europium-Sterne“. Diese Sterne gehören zur Zwerggalaxie Fornax – einer sphäroidischen Zwerggalaxie mit einem hohen Sterngehalt. In ihrer Publikation berichtet die Gruppe auch über die erste Beobachtung von Lutetium in einer Zwerggalaxie überhaupt und der größten Stichprobe von beobachtetem Zirconium.
Die „Europium-Sterne“ in Fornax wurden kurz nach einer explosiven Produktion schwerer Elemente geboren. Aufgrund der hohen stellaren Metallhäufigkeit muss das extreme r-Prozess-Ereignis erst vor vier bis fünf Milliarden Jahren stattgefunden haben. Dies ist ein sehr seltener Fund, da die meisten Europium-reichen Sterne viel älter sind. Daher geben die Europium-Sterne Einblicke in den Ursprung der Elemente im Universum zu einem sehr spezifischen und späten Zeitpunkt.
Schwere Elemente entstehen durch den r-Prozess bei der Verschmelzung zweier Neutronensterne oder beim explosiven Ende massereicher Sterne mit starken Magnetfeldern. Die EUROPIUM-Gruppe hat diese beiden hochenergetischen Ereignisse analysiert und detaillierte Studien zur Elementproduktion in diesen Umgebungen durchgeführt. Aufgrund der immer noch großen Unsicherheiten in den kernphysikalischen Angaben ist es jedoch nicht möglich, die schweren Elemente in den „Europium-Sternen“ eindeutig einer dieser astrophysikalischen Umgebung zuzuordnen. Zukünftige Experimente im neuen Beschleunigerzentrum FAIR am GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt werden diese Unsicherheiten deutlich reduzieren. Die FAIR-Anlage verspricht in diesem Forschungsfeld einzigartige Möglichkeiten: Unter dem Motto „Das Universum im Labor“ sollen Zustände, wie sie in astrophysikalischen Umgebungen auftreten, auf der Erde nachvollzogen und so das Wissen über unseren Kosmos erweitert werden.
Darüber hinaus wird das neue hessische Clusterprojekt ELEMENTS, bei dem Professorin Arcones als leitende Forscherin fungiert, in einzigartiger Weise Simulationen von Neutronensternverschmelzungen, Nukleosynthese-Berechnungen mit den neuesten experimentellen Informationen und Beobachtungen kombinieren, um die seit langem bestehende Frage zu untersuchen: Wo und wie werden schwere Elemente im Universum produziert? (TUD/BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin The Astrophysical Journal (Englisch)
]]>Achim Schwenk, Professor für Kernphysik an der TU Darmstadt und Max-Planck-Fellow am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, ist vom Europäischen Forschungsrat (ERC) mit einem renommierten Advanced Grant ausgezeichnet worden. Sein Forschungsprojekt „Exploring the Universe through Strong Interactions“ (EUSTRONG) wird über einen Zeitraum von fünf Jahren mit rund 2,3 Millionen Euro gefördert. Es ist bereits der zweite ERC Grant für Professor Schwenk.
Ziel des Projekts EUSTRONG ist es, die Starke Wechselwirkung, eine der vier Grundkräfte der Natur, im Universum zu erforschen. Die Starke Wechselwirkung ist verantwortlich für das Zusammenhalten von Neutronen und Protonen im Atomkern und für das Verständnis der dichtesten beobachtbaren Materie im Inneren von Neutronensternen. Außerdem spielen Atomkerne eine Schlüsselrolle für den Nachweis von dunkler Materie und bei der Erforschung der leichtesten Neutrino-Teilchen. EUSTRONG wird mit der Entwicklung innovativer Theorien und Methoden neue Entdeckungen in der Physik der Starken Wechselwirkung ermöglichen.
Die Zustandsgleichung dichter Kernmaterie setzt zum Beispiel das Maß für die Masse und die Größe von Neutronensternen. Bei extremen Dichten jenseits derjenigen, die in Atomkernen erreicht werden, sind astrophysikalische Beobachtungen besonders interessant. So können aus LIGO/Virgo Beobachtungen von Gravitationswellen beim Verschmelzen von Neutronensternen sowie aus neuen Beobachtungen mit dem NICER-Instrument der NASA auf der internationalen Raumstation Informationen über den Radius von Neutronensternen gewonnen werden, der sensitiv auf hohe Dichten ist.
„Bisher passt das sehr gut mit unserem Verständnis über die Zustandsgleichung von Kernmaterie überein“, erklärt Professor Schwenk. „Mit EUSTRONG wollen wir nun erstmals aus diesen astrophysikalischen Beobachtungen direkte Einschränkungen auf die Wechselwirkungen in dichter Materie ableiten und so eine einheitliche Beschreibung der Materie in Kernen und Sternen entwickeln.“
Ein weiterer Meilenstein des ERC-Projekts ist die Beschleunigung von Vielteilchenrechnungen mit neuen Emulations- und Netzwerk-Methoden, um systematisch und global ab initio Rechnungen basierend auf der Starken Wechselwirkung für schwere Kerne zu ermöglichen. Dabei liegt ein Fokus auf extrem neutronenreichen schweren Kernen (um die Neutronenzahl 126), die für die Elemententstehung im Universum eine zentrale Rolle spielen. In diesem Bereich wird die zukünftige Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt führend sein.
Mit den neuen Entwicklungen wollen Professor Schwenk und sein Team dann auch Schlüsselkerne untersuchen, die in extrem sensitiven Detektoren zum Nachweis dunkler Materie benutzt werden oder für die Entdeckung der kohärenten Neutrino-Streuung verwendet werden, die vor kurzem erstmals gelungen ist. Auf der Suche nach dunkler Materie im Universum und neuer Physik jenseits des Standardmodells spielt die Starke Wechselwirkung so auch eine wesentliche Rolle.
„Die erneute Auszeichnung durch den ERC unterstreicht, wie herausragend die Forschungsleistungen von Professor Achim Schwenk sind“, betont Professorin Barbara Albert, Vizepräsidentin für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs der TU Darmstadt. Besonders freut sich Professor Schwenk im neuen EUSTRONG Team mit exzellenten jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern zusammenzuarbeiten, „denn die Bedingungen in der Kernphysik sind hier einzigartig und die Studierenden und Postdocs sind super“. (TUD/CP)
Die Anlieferung des neuen großen Turmdrehkrans für den Südbereich erfolgte auf zwölf Sattelzügen, das Montageteam bestand aus sieben Mann, die Montagezeit einschließlich der Vorbereitung am Boden und der Kalibrierungs- und Einstellarbeiten betrug zwei Tage. Der neue Kran vom Typ Potain MDT 809 ist der größte sogenannte Topless-Turmdrehkran, der jemals von POTAIN (Manitowoc-Gruppe) gebaut wurde. Turmdrehkrane dieses Typs sind bereits auf mehreren Baustellen in Europa, Nordamerika und Asien-Pazifik im Einsatz, unter anderem beim Wiederaufbau der von einem Großbrand zerstörten Kathedrale Notre-Dame in Paris. Der Turmdrehkran MDT 809 bei FAIR ist der erste, der in Deutschland in Dienst gestellt wurde.
Dort wird er in den nächsten Jahren seine Arbeit verrichten und große Lasten heben, die auf der Mega-Baustelle bewegt werden müssen. Zu den Besonderheiten des leistungsstarken Krans – er ist einer der größten im FAIR-Baugewerk – gehören unter anderem hohe Tragfähigkeit und der Einsatz einer High-Performance-Technologie, sehr präzises Fahren und Ferndiagnose mit dem Crane-Control-System (CCS). Auch bei der Montage durch die Firma STRABAG BMTI gab es Besonderheiten. So wurden wegen der großen Stückgewichte sämtliche Komponenten des Oberkranes in Einzelteilen in der Luft montiert. Der gesamte Montageprozess dauerte sieben Stunden, was für einen so großen Turmdrehkran schnell ist. Das Gewicht des kompletten Turmdrehkrans liegt bei 155 Tonnen.
Die STRABAG BMTI GmbH & Co. KG ist als Service- und Dienstleistungsgesellschaft innerhalb des STRABAG-Konzerns für die Disposition, Beschaffung, Vermietung sowie Instandhaltung aller Baumaschinen und Fahrzeuge zuständig. Dabei werden Maschinen, Geräte-/Anlagentechnik und Fahrzeuge aus allen Tätigkeitsbereichen des Konzerns betreut.
Die Manitowoc Company Inc. wurde 1902 gegründet und ist ein Kranhersteller mit über 115 Produktions-, Vertriebs- und Serviceeinrichtungen in 26 Ländern. Das weltweit agierende Unternehmen ist Anbieter für Raupenkrane (Marke Manitowoc), Turmkrane (Potain), mobile Teleskop-Krane (Grove) und Lkw-Aufbaukrane (National Crane).
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionen. Bekannteste Ergebnisse sind die Entdeckung neuer chemischer Elemente sowie die Entwicklung einer neuen Krebstherapie. Zurzeit entsteht bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Forschende aus aller Welt werden die Anlage für Experimente nutzen, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen, vom Urknall bis heute. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. (BP)
]]>Gleich morgens um 9 Uhr startete die Videokonferenz mit einer Begrüßung durch die organisierende Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit und einem Grußwort von Dorothee Sommer, der Leiterin der Personalabteilung. „Die Gleichstellung aller Geschlechter ist uns hier bei GSI und FAIR ein großes Anliegen“, erläuterte Sommer. „Unser Ziel ist es, Mädchen für die Arbeit in Naturwissenschaft und Technik zu begeistern und sie dazu anzuregen, diese Tätigkeitsfelder in ihre Berufswahl mit einzubeziehen. Wir bieten Ausbildungsplätze und die Möglichkeit, Abschlussarbeiten für Bachelor, Master oder Promotion gemeinsam mit unseren Universitätspartnern bei uns durchzuführen. Über eine spätere Bewerbung oder Arbeitstätigkeit der Teilnehmerinnen bei uns würden wir uns sehr freuen!“
Weiter ging es mit einem Kennenlernspiel und einer Online-Besichtigung der Beschleunigeranlagen und Experimente von GSI sowie der Baustelle für das internationale Forschungszentrum FAIR. Ob Linearbeschleuniger, Tumortherapie, Erzeugung neuer Elemente oder HADES-Experiment – überall konnten die Mädchen über vorproduzierte Videos einen Blick in die Anlagen werfen. Die Errichtung von FAIR wurde über Einspieler von Magnettests, des FAIR-Baufelds und eines Drohnenflugs über die Baustelle vorgestellt.
Wie bei einer echten Wissenschaftskonferenz ging es danach in zwei unterschiedlichen Sessions ins Detail: Die Mädchen konnten aus zwei Themenblöcken auswählen, in denen Fachabteilungen ihre Arbeitsgebiete und Berufsbilder vorstellten. Darin stellten sich Forschungsabteilungen wie die Materialforschung und der Detektor ALICE vor, und viele der technischen Fachabteilungen auf dem Campus gaben Einblick in ihre Tätigkeiten: Die Teilnehmerinnen erfuhren, wie im Targetlabor die kleinen Zielscheiben für den Teilchenbeschleuniger hergestellt werden, wie man mithilfe von Kryotechnologie Eiseskälte herstellt und damit supraleitende Magnete betreiben kann, wie man durch Drehen, Fräsen und Bohren in der Mechanischen Werkstatt Bauteile herstellen kann oder wie die Verarbeitung riesiger Datenmengen im Rechenzentrum vonstatten geht. Zusätzlich gab es Infos darüber, wie eine Promotionsarbeit bei GSI/FAIR ablaufen kann. Und auch hier durfte ein Einblick in die FAIR-Baustelle und den Arbeitsalltag der Architekt*innen und Bauingenieur*innen nicht fehlen.
Die Teilnehmerinnen hatten bei jedem Beitrag die Gelegenheit, ihre Fragen an die Expert*innen zu stellen und machten davon regen Gebrauch: „Wie heißen die ganzen Berufsbereiche, die Sie so haben?“, „Wie viel verdienen Physiker ca. und wie lange haben Sie im Studium am Tag gelernt ?“, „Kann man mit dem Teilchenbeschleuniger auch eine Supernova erforschen?“ oder „Wieviel Teilchen werden so im Schnitt durch die Teilchenbeschleuniger geschickt?“ waren beispielsweise Fragen der interessierten Teilnehmerinnen. Dass es ein gelungener Tag war, zeigten Kommentare wie „Dankeschön für die tollen Vorstellungen, es war super toll!“ oder "Der Tag war cool, man hat viel gelernt und die Vorträge konnte man gut verstehen."
„Es war ein anderer Girls’Day, als wir ihn sonst aus den Präsenzveranstaltungen kennen. Aber es hat uns sehr viel Spaß gemacht!“ berichtete Physikerin und Organisatorin Carola Pomplun aus der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit von GSI/FAIR. „Über die große Resonanz auf unser Online-Angebot und natürlich die rege Teilnahme der Mädchen am Veranstaltungstag haben wir uns sehr gefreut. Die vielen Kolleg*innen aus den Fachabteilungen, die uns bei der Durchführung so tatkräftig unterstützt haben, konnten ihre Begeisterung für die Arbeit in Forschung und Technik vermitteln und haben faszinierende Einblicke in ihren Berufsalltag gegeben. Ich hoffe, damit konnten wir ein paar Mädchen zu einer Karriere in den MINT-Bereichen inspirieren.“
Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Hochschulen und andere Einrichtungen in ganz Deutschland öffnen an diesem Tag ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten tätig sind. GSI und – seit der Gründung – auch FAIR beteiligen sich bereits seit den Anfängen des Girls’Days an der jährlichen Veranstaltung. (CP)
Nach einem Einführungsvortrag geht es mit einer geführten Videotour zu mehreren Forschungsstätten und Anlagen auf dem Campus: Unter anderem können die Teilnehmenden auf diese Weise den 120 Meter langen Linearbeschleuniger UNILAC oder auch den Hauptkontrollraum online besichtigen und viel Neues über die einzigartige Forschung bei GSI und FAIR erfahren. Außerdem gibt es Wissenswertes über den Bau von Komponenten für das zukünftige internationale Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht.
Detaillierte Informationen über technische Voraussetzungen und Zugangsmodalitäten, um an der digitalen Entdeckungsreise in die Welt von GSI und FAIR teilnehmen zu können, gibt es unter www.gsi.de/besichtigung. Eine Anmeldung für die Veranstaltungstermine ist nicht nötig. Es können bis zu 500 Personen teilnehmen. Weitere Fragen zu dem Online-Veranstaltungsangebot können per E-Mail gestellt werden an besichtigung(at)gsi.de. (BP)
Alle Details zum Online-Besichtigungsangebot
Nächster Termin: 08.04.2021, 14:00 Uhr
Weitere Termine: in Vorbereitung (werden hier veröffentlicht)
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Maßgeblich verantwortlich für die Organisation der ALICE-Masterclasses bei GSI/FAIR ist Dr. Ralf Averbeck aus der Forschungsabteilung „ALICE“. „GSI ist schon von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments. Die internationale ALICE-Masterclass, die wir nun schon zum zehnten Mal durchführen, passt daher gut ins Programm“, erläutert der Physiker. „In unserer Masterclass haben die Schüler*innen die Gelegenheit, einmal selbst zu Forschenden zu werden und echte Experimentdaten von ALICE auszuwerten, die in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. Da die Analyse ohnehin am Computer stattfindet, konnten wir das Angebot auf eine virtuelle Durchführung umstellen und so auch während der Pandemie weiterführen.“
Wenn im LHC Blei-Atomkerne mit unvorstellbarer Wucht aufeinandertreffen, entstehen Bedingungen wie in den ersten Augenblicken des Universums. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, wie er im Universum kurz nach dem Urknall vorlag. Dieses Plasma wandelt sich in Bruchteilen von Sekunden wieder in normale Materie um. Die dabei produzierten Teilchen geben Aufschluss über die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas. So können die Messungen in die Geburtsstunde des Kosmos blicken und Informationen über die Grundbausteine der Materie und ihre Wechselwirkung enthüllen.
Neben der gemeinsamen Datenauswertung an zwei aufeinander folgenden Nachmittagen gehörten auch einführende Vorträge in die Teilchenphysik und die computergestützte Datenanalyse sowie eine Live-Führung durch das ALICE-Experiment in Genf zum Program.
Die Masterclasses werden unter der Schirmherrschaft der IPPOG (International Particle Physics Outreach Group) organisiert, deren assoziiertes Mitglied GSI ist. Jedes Jahr kommen mehr als 13.000 Schüler aus 60 Ländern für einen Tag an eine der rund 225 nahe gelegenen Universitäten oder Forschungszentren, um die Geheimnisse der Teilchenphysik zu entschlüsseln. Viele der sonst üblichen Präsenzveranstaltungen wurden aufgrund der Corona-Pandemie übergangsweise in Online-Formate umgewandelt. Alle Veranstaltungen in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt statt, zu dem auch GSI/FAIR gehört. Ziel des bundesweiten Netzwerks zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. (CP)
Mithilfe von RoSEN (Robust (hyper)Surface Extraction Prodecures in N Dimensions, dt. Robuste Hyperflächenextraktionsprozedur in N Dimensionen) können Datensätze beliebiger Dimension auf gleichartige Datenmerkmale hin untersucht werden. Die entstehenden Hyperflächen gleicher Merkmalsausprägungen können identifiziert, visualisiert und beschrieben werden, so dass mit Hilfe der Ergebnisse eine digitale Weiterverarbeitung, sei es im algebraischen, numerischen oder im grafischen Sinne, möglich wird. Das Verfahren wurde ursprünglich zur Auswertung von Versuchsdaten und zur Simulation von komplexen physikalischen Phänomenen der Schwerionenphysik, wie sie in den Beschleunigerexperimenten bei GSI/FAIR auftreten, entwickelt.
„Gegenüber anderen Methoden haben die RoSEN-Verfahren nachweislich viele Vorteile, wie eine wesentlich geringere Fehlerhäufigkeit, eine effizientere Berechnungsleistung oder die Allgemeingültigkeit, für Datensätze beliebiger Dimensionalität eingesetzt werden zu können“, erläutert der theoretische Physiker Dr. Bernd Schlei. Er entwickelt für die Abteilung „System Design SIS 18 / SIS 100“ Software und ist der Erfinder des RoSEN-Verfahrens. „Insbesondere die Effizienz und die unbegrenzte Einsatzbandbreite sind Eigenschaften, die in bereits existierenden digitalen Werkzeugen zu signifikanten Prozessinnovationen und in potentiellen zukünftigen Anwendungsbereichen in Form von neuen digitalen Werkzeugen als Produktinnovationen genutzt werden könnten.“
In einer Machbarkeitsstudie für eine zukünftige wirtschaftliche Nutzung in vier bis fünf technisch-wirtschaftlich relevanten Anwendungsfeldern sollen sowohl potentielle Prozess- und Produktinnovationen frühzeitig identifiziert, als auch der Grundstein für ein anschließendes Technologietransfervorhaben gelegt werden. Die Anwendungsszenarien sollen in Partnerschaften mit teilweise bereits vorausgewählten Kooperationspartnern erprobt werden. „RoSEN ist ein gutes Beispiel dafür, dass aus der Grundlagenforschung stammende Erkenntnisse auch für Anwendungen nutzbar sind, die der gesamten Gesellschaft zugutekommen können“, lobt Dr. Tobias Engert, Leiter des Technologietransfers bei GSI/FAIR, das Verfahren. „Wir sind an weiteren Kooperationspartnern, insbesondere aus den Bereichen der Medizintechnik, der Pharmakologie und der Betriebswirtschaft, für die Testphase interessiert.“
Als Türöffner zu möglichen Anwendern und zur Koordination der Machbarkeitsstudie hat GSI die Firma TREAVES Research & Consult GmbH beauftragt. Treaves ist selbst eine Ausgründung von Absolvent*innen der Hochschule und der Technischen Universität Darmstadt und agiert als Dienstleister für angewandte Naturwissenschaften. Besonders im Bereich der Digitalisierung konnte das Unternehmen bereits umfassend Erfahrungen mit der Durchführung von geförderten Projekten sammeln und bringt vielfältige Kontakte aus der Industrie ein.
Die Projektkosten von rund 91.000 Euro werden zur Hälfte von GSI/FAIR getragen und zur anderen Hälfte über die Distr@l-Förderung des Hessischen Ministeriums für Digitale Strategie und Entwicklung finanziert. Das Förderprogramm Distr@l bietet in den Bereichen digitaler Innovationen sowie Forschung und Entwicklung ein bedarfsgerechtes Förderprogramm.
Die derzeit geplanten Anwendungsfelder, mit denen sich die RoSEN-Machbarkeitsstudie beschäftigen soll, sind zum einen die numerische Simulation technisch relevanter, fluid-und strukturdynamischer Probleme, wie die Simulation von Energiespeichersystemen für die regenerative Energieversorgung, zum anderen auch die pharmakokinetische Populationsmodellierung, die eine große Rolle in der Wirkstoffentwicklung spielt und beispielsweise auch im Rahmen der aktuellen Covid-19-Pandemie zum Einsatz kommt. Aus Sicht von Dr. Arthur Rudek, dem Gründer und Geschäftsführer der Treaves GmbH, könnten weitere Anwendungen in der industriellen Photogrammetrie, der betriebswirtschaftlichen Unternehmenssteuerung oder, ganz allgemein und branchenübergreifend, in der effizienzverbesserten Durchführung von Optimierungsstudien mit großen Datengrundgesamtheiten liegen.
Mit Hilfe der Photogrammetrie werden beispielsweise technische Anlagen und Gebäude zur computergestützten Prozess-oder Fehleranalyse digitalisiert. Auch in der Medizintechnik spielt die Bilddatenverarbeitung eine wichtige Rolle, etwa in der zeitabhängigen Verarbeitung drei-bis vierdimensionaler CT-, MRT-oder Röntgenaufnahmen, bei der Diagnose von Krankheiten oder Verletzungen oder auch im Rahmen der Covid-19-Pandemie, beispielsweise zur Untersuchung der Spätfolgen beeinträchtigter Lungen. Im Rahmen einer Nutzung für die betriebswirtschaftliche Unternehmenssteuerung sollen multivariante Parameterräume betriebswirtschaftlicher Kennzahlen zur Bewertung der Wirtschaftsleistung einzelner Unternehmensteile herangezogen werden, damit effizientere betriebswirtschaftliche Prozesse und eine erhöhte Rentabilität möglich werden. (CP)
]]>Gleichzeitig schreitet die Errichtung von FAIR sowohl auf dem Baufeld als auch bei der Produktion von Komponenten für Beschleuniger und Experimente voran. In drei Interviews stellen wir Menschen vor, deren Geschichten stellvertretend für all unsere engagierten Mitarbeitenden und Forschenden stehen. Auch unser Veranstaltungsangebot an die Öffentlichkeit konnten wir durch den Umstieg auf Online-Formate aufrechterhalten und auf neue Zielgruppen erweitern. (CP)
Download von "target" – Ausgabe 19, März 2021 (PDF, 20 MB)
Der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, und der Administrative Geschäftsführer von FAIR und GSI, Ulrich Breuer, begrüßten die Industry Liaison Officers. Der Technische Geschäftsführer eröffnete das Treffen, präsentierte den aktuellen FAIR-Projektstatus, den Fortschritt der Bauarbeiten und informierte die ILOs über die wesentlichen Fortschritte bei der Projektausführung. Das Treffen wurde mit Informationen über das Mandat des FAIR-Councils und die Zielsetzungen des ILO-Treffens fortgesetzt, die von David Urner, Leiter der GSI/FAIR-In-Kind-Abteilung, vorgestellt wurden. Anna Hall, Direktorin von Big Science Sweden, moderierte eine lebhafte Diskussion unter den ILOs.
Ein Update zu den Beschaffungsrichtlinien und -optionen bei FAIR gab Michèle Spatar, Abteilungsleiterin Einkauf und Materialwirtschaft, eine Präsentation zu bevorstehenden Ausschreibungen für FAIR wurde von David Urner, Leiter In-Kind, abgehalten. Auf diese Präsentationen folgte eine moderierte Sitzung mit Fragen und Antworten, in der alle ILOs Fragen mit der Abteilungsleiterin Einkauf und Materialwirtschaft und dem Leiter der In-Kind-Abteilung klären konnten. Die Vertreterin der schwedischen ILO von Big Science Sweden, Frida Tibblin-Citron, und der britische ILO von UKRI-STFC, Carol Watts, stellten ihre Arbeitsbereiche vor und lieferten nützliche Ressourcen und Einblicke, wie die ILOs in ihrem Land organisiert sind. Die ILOs wurden über andere ILO-zentrierte Plattformen und Veranstaltungen in absehbarer Zukunft informiert, um engere Beziehungen zwischen den ILOs von FAIR und anderen wissenschaftlichen Einrichtungen in der Beschaffungsphase zu generieren.
Die ILOs vereinbarten, halbjährliche Sitzungen abzuhalten, um sich auf dem aktuellen Stand zu halten. Das Hauptziel der halbjährlichen Treffen ist, den ILOs Informationen zur Verfügung zu stellen, um weitere Gespräche mit der Industrie und Partnern in ihren jeweiligen Ländern über Kooperationsmöglichkeiten bei FAIR zu fördern. Die ILOs treffen sich wieder am 17. September 2021 in Darmstadt.
Aktuelles Drohnenvideo zur FAIR-Baustelle
Informationen über FAIR/GSI-Einkauf und Materialwirtschaft
In-Kind und Procurement / ILO-Informationen aus den Partnerländern
]]>Ein internationales Forscherteam, darunter Professorin Dr. Almudena Arcones vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und der TU Darmstadt und Dr. Marius Eichler, untersuchte die Entstehung unseres Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren und gewann dabei neue Erkenntnisse über den kosmischen Ursprung der schwersten Elemente im Periodensystem. Die Ergebnisse sind nun in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht worden.
Die Frage, bei welchen astronomischen Ereignissen der schnelle Neutroneneinfangsprozess, kurz r-Prozess, stattfinden kann, der die schwersten Elemente im Universum wie Jod, Gold, Platin, Uran, Plutonium und Curium erzeugt, ist seit Jahrzehnten unbeantwortet. Derzeit geht man davon aus, dass der r-Prozess bei Kollisionen zwischen zwei Neutronensternen, einem Neutronenstern und einem Schwarzen Loch oder bei seltenen Supernova-Explosionen nach dem Tod massereicher Sterne ablaufen kann.
Einige der durch den r-Prozess erzeugten Kerne sind radioaktiv und brauchen Millionen von Jahren, um in stabile Kerne zu zerfallen. Jod-129 und Curium-247 sind zwei solche radioaktive Kerne. Sie wurden bei der Entstehung der Sonne in Meteoriten festgehalten und haben eine erstaunliche Besonderheit: Sie zerfallen mit fast genau der gleichen Geschwindigkeit. Das bedeutet, dass sich das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 seit ihrer Entstehung vor Milliarden von Jahren nicht verändert hat. „Da das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 wie ein prähistorisches Fossil in der Zeit eingefroren ist, können wir einen direkten Blick auf die letzte Welle der Produktion schwerer Elemente werfen, die die Zusammensetzung des Sonnensystems aufbaute“, sagt Benoit Côté, der Erstautor der Studie.
Das Team berechnete das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247, das bei Kollisionen zwischen Neutronensternen und Schwarzen Löchern entsteht, und verglich ihre Modellvorhersagen mit den in Meteoriten gefundenen Werten. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass die Anzahl der Neutronen während des letzten r-Prozess-Ereignisses, das der Geburt des Sonnensystems vorausging, nicht zu hoch sein kann, da sonst zu viel Curium im Verhältnis zu Jod erzeugt wird. Dies impliziert, dass sehr neutronenreiche Quellen, wie zum Beispiel das Material, das während einer Kollision von der Oberfläche eines Neutronensterns abgerissen wurde, wahrscheinlich keine wichtige Rolle gespielt haben, während mäßig neutronenreiche Bedingungen, die oft in den Auswürfen der Akkretionsscheibe gefunden werden, die sich um das Verschmelzungsereignis bilden, eher mit dem meteoritischen Wert übereinstimmen.
Da Nukleosynthese-Vorhersagen auf unsicheren nuklearen und stellaren Eigenschaften beruhen, steht die endgültige Antwort darauf, welches astronomische Objekt die genaue Quelle war, noch nicht fest. „Die Möglichkeit, durch das Verhältnis von Jod-129 zu Curium-247 einen direkteren Blick auf die fundamentale Natur der Nukleosynthese schwerer Elemente zu werfen, ist jedoch eine spannende Aussicht“, sagt Dr. Marius Eichler, der ebenfalls Teil des untersuchenden Teams und Postdoc in der Gruppe von Professorin Dr. Almudena Arcones war.
Auf diese Arbeit aufbauend, können zukünftige astrophysikalische Simulationen von Sternverschmelzungen und Sternexplosionen in Kombination mit Kernphysikexperimenten, wie sie bei GSI und dem dort entstehenden internationalen Beschleunigerzentrum FAIR geplant sind, nun auch an meteoritischen Bedingungen getestet werden, um die Quelle der schwersten Elemente des Sonnensystems zu entschlüsseln.
Die Forschungsarbeit von Dr. Marius Eichler und Professorin Almudena Arcones wurde teilweise durch den ERC Starting Grant EUROPIUM und den DFG-Sonderforschungsbereich 1245 unterstützt. (TUD/BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin Science (Englisch)
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Der FAIR-GENCO Young Scientist Award ging an Dr. Ruben de Groote, der im Jahr 2017 an der Universität in Löwen, Belgien, promoviert hat und derzeit in Jyväskylä, Finnland, auf dem Gebiet der Laserspektroskopie an exotischen Atomkernen forscht. Der Nachwuchspreis wird von der FAIR-GSI Exotic Nuclei Community jedes Jahr an herausragende Nachwuchsforschende vergeben, die auf dem Feld der experimentellen oder theoretischen Kernphysik oder –chemie arbeiten. Die Preisträger*innen werden von einer internationalen Jury ausgewählt. Der Preis ist mit 1.000 Euro dotiert und wird im Rahmen der NUSTAR-Jahrestagung verliehen.
Mit dem Membership Award zeichnete die GENCO Community folgende neue Mitglieder aus:
Dr. Kathrin Wimmer vom Institut für Struktur der Materie (IEM-CSIC) koordiniert das Projekt LISA (Lifetime measurements with Solid Active targets), das seltene Atomkerne mit innovativen Detektoren und hochauflösender Gammastrahlenspektroskopie messen will. Für den praktischen Forschungsteil wird sie im Rahmen ihres gerade verliehenen „ERC Consolidator Grants“ auch die GSI-/FAIR-Einrichtungen nutzen.
Ziel des LISA-Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen Methode zur Lebensdauermessung in Atomkernen. Lebensdauern beschreiben die Kollektivität eines Kerns anhand seiner elektromagnetischen Übergangseigenschaften. Der experimentelle Ansatz basiert auf einem aktiven Target unter Verwendung neuartiger Diamantdetektoren und wird die Möglichkeiten für Messungen in exotischen Kernen dramatisch verbessern. In Verbindung mit dem hochmodernen Gammastrahlen-Tracking-Detektor AGATA wird LISA die gegenwärtigen Herausforderungen von Lebensdauermessungen mit Strahlen instabiler Kerne geringer Intensität erfüllen.
LISA wird die einzigartigen Fähigkeiten des bei GSI entstehenden Beschleunigerzentrums FAIR nutzen. Die zukünftige Fragmentierungsanlage soll die exotischsten und intensivsten radioaktiven Ionenstrahlen liefern. LISA wird das Kernstrukturprogramm von HISPEC, einem herausragenden Projekt innerhalb der NUSTAR-Wissenschaftssäule bei FAIR, erheblich erweitern. Die Ergebnisse werden einen signifikanten Einfluss auf die theoretische Beschreibung und die Modellierung von Atomkernen haben, wodurch ihre Vorhersagen zuverlässiger werden. Die Preisträgerin Dr. Kathrin Wimmer, gegenwärtig am CSIC in Madrid tätig, und Dr. Jürgen Gerl, NUSTAR-Koordinator und Leiter der Kernstrukturabteilung der GSI, freuen sich sehr auf die gemeinsame Arbeit an dem spannenden LISA-Projekt bei GSI.
Professor Evgeny Epelbaum ist über sein mit einem „ERC Advanced Grant“ gefördertes Projekt „Nuclear Theory from First Principles“ thematisch eng mit GSI/FAIR verbunden. In dem Projekt will der Inhaber des Lehrstuhls für Theoretische Physik der Ruhr-Universität Bochum (RUB) mit theoretischen Methoden die Kräfte beschreiben, die zwischen drei Kernteilchen wirken.
Paarweise Wechselwirkungen zwischen zwei Nukleonen sind bereits relativ gut verstanden. Somit können Physiker beschreiben, was im Inneren des einfachsten Atomkerns – bestehend aus zwei Nukleonen – vor sich geht. Ganz anders sieht es aus, wenn man kompliziertere Atomkerne bestehend aus drei oder mehr Nukleonen betrachtet. Hier geben die Wechselwirkungen bislang Rätsel auf. An dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt von Evgeny Epelbaum an. Er will mit seinem Team die Kräfte beschreiben, die in einem System aus drei und mehr Nukleonen wirken. Dazu nutzen die Wissenschaftler*innen einen theoretischen Zugang, der als effektive Feldtheorie bekannt ist und in der Teilchenphysik eine breite Anwendung findet. Mit diesem Ansatz hat die Bochumer Gruppe in der Vergangenheit bereits präzise die Wechselwirkungen zwischen zwei Nukleonen beschrieben. Nun wollen sie den Ansatz auf Drei-Teilchen-Kräfte übertragen.
Mithilfe der im Rahmen des ERC Grants entwickelten Theorie will das Team außerdem die vorhandenen experimentellen Daten für das Drei-Nukleonen-System analysieren. Experimente zum Verständnis von Mehr-Nukleonen-Systemen sind wesentlicher Bestandteil des FAIR-Forschungsprogramms im Bereich Kernstruktur. Ziel des Teams ist es, die Diskrepanzen zwischen Theorie und Experiment aufzulösen. Des Weiteren sind numerische Simulationen für komplexere nukleare Systeme geplant, die aus noch mehr Teilchen bestehen, um Zusammenhänge zwischen den Kernkräften und ihre Eigenschaften zu ergründen. Solche Simulationen erlauben auch Einblicke in Bereiche, die keiner experimentellen Untersuchung zugänglich sind. So lässt sich beispielsweise erforschen, wie die Eigenschaften von Atomkernen oder Prozesse in den Sternen von Naturkonstanten – wie der Masse der Quarks – abhängen.
Ein weiteres Beispiel aus dem Jahr 2020 für herausragende, mit einem ERC-Grant gewürdigte Forschende ist auch Professorin Beatriz Jurado vom Centre Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), die zeitgleich mit den GSI-Physikern Professor Marco Durante und Professor Gabriel Martínez-Pinedo einen „ERC Advanced Grant“ erhalten hatte, und ebenfalls die Forschungseinrichtungen von GSI/FAIR für die Umsetzung des experimentellen Teils ihres ERC-Grant-Projektes nutzen wird. Ziel ihres Projekts mit dem Titel „Nuclear rEaCTions At storage Rings (NECTAR)“ ist die Entwicklung einer neuen Methodik zur indirekten Bestimmung von neutroneninduzierten Querschnitten instabiler Kerne. Diese Querschnitte sind wesentlich für die nukleare Astrophysik. Das Projekt von Beatriz Jurado soll in seinem experimentellen Teil ebenfalls an der Beschleunigeranlage auf dem GSI/FAIR-Campus im Rahmen von FAIR-Phase 0 umgesetzt werden, genutzt werden die Speicherringe ESR und CRYRING.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, zeigte sich begeistert, dass zusätzlich zu den eigenen Wissenschaftler*innen gleich mehrere von der EU ausgezeichnete Forschende mit GSI/FAIR eng verbunden sind: „Ich freue mich, dass die Forschungs-Community ihr Interesse an den GSI-/FAIR-Forschungsanlagen und der hier betriebenen Wissenschaft zeigt und dass der erstklassige Stellenwert dieser Themen von den ERC-Grant-Gremien anerkannt wird.“ (BP)
]]>Der Workshop zum Thema „High-Energy-Density Physics with laser and ion beams“ fand in den vergangenen 40 Jahren als jährliche Veranstaltung im Darmstädter Haus der TU Darmstadt im österreichischen Hirschegg statt, wo die Teilnehmendenzahl auf 90 begrenzt ist. Er bietet ein internationales Forum zur Diskussion der Physik mit hoher Energiedichte, einschließlich der Grundlagenforschung, der Wechselwirkung von intensiven Laser- und Teilchenstrahlen mit Materie und der Trägheitsfusion. Viele der Teilnehmenden sind aktive Mitglieder der HED@FAIR-Kollaboration, einer der Kollaborationen, die für die Umsetzung des experimentellen Programms an der FAIR-Anlage verantwortlich sind.
Insgesamt gab es bei der diesjährigen Veranstaltung 56 Talks, zwei Poster-Sessions mit je 15 Postern und zwei Tutorial-Sessions für Studierende, ein Format, das in diesem Jahr neu eingeführt wurde. Der Workshop versammelte Teilnehmende über 19 Zeitzonen hinweg, von New South Wales in Australien bis nach Kalifornien. Ermöglicht wurde dies nicht nur durch das Live-Streaming der Beiträge, sondern auch durch deren Aufzeichnung und schnelle Verfügbarkeit über den GSI-Server. Zu Spitzenzeiten waren mehr als 120 Teilnehmende gemeinsam online, ein Teil der Forschenden war unter Beachtung der Corona-Regeln direkt vom GSI/FAIR-Campus aus zugeschaltet.
FAIR steht schon seit vielen Jahren im Mittelpunkt des Interesses der auf dem Workshop versammelten Community. So wurde der Vortrag des wissenschaftlichen Geschäftsführers von GSI und FAIR, Paolo Giubellino, über den Status des Projekts mit Spannung erwartet und die Neuigkeiten über die jüngsten Fortschritte wurden sehr gut aufgenommen. Nach seinem tragischen Tod 2020 wurde Akademiemitglied Vladimir Fortov, einer der Väter der Plasmaphysik bei GSI und der Hochenergiedichteforschung bei FAIR, von vielen Vortragenden gewürdigt, in Erinnerung an seine Arbeit und sein Engagement für die Wissenschaft.
Zu den aktuellen Themen dieses Jahres gehörten unter anderem die Eigenschaften von hochenergetischer, durch intensive Ionenstrahlen und Laser erzeugter, dichter Materie, außerdem Strahl-Plasma-Wechselwirkungen, Diagnosemethoden für Materie mit hoher Energiedichte und Beschleunigeraspekte rund um intensive Strahlen. Auch künftige und entstehende HED (High Energie Density)-Anlagen waren ein Thema.
Am letzten Veranstaltungstag wurde die Verleihung der vier Poster-Preise für junge Forschende vorgenommen. Die Auszeichnungen gingen in diesem Jahr an Studierende aus Deutschland, Indien und Russland. Professor Paolo Giubellino unterstrich aus diesem Anlass die Bedeutung der Nachwuchsförderung: „Es ist wichtig, junge, internationale Talente frühzeitig zu fördern, um so die Wissenschaftler*innen der Zukunft zu gewinnen und ihnen die Möglichkeit zu bieten, ihr Talent zu entfalten. Die Studierenden von heute sind die Forschenden von morgen, die auch im Bereich der Physik der hohen Energiedichten arbeiten werden. Für die Wissenschaft und auch für die Forschung am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR ist es existenziell, die besten Köpfe anzuziehen und zu motivieren.“ (BP)
]]>Mit fast 40 Millionen Euro über einen Zeitraum von vier Jahren unterstützt die Landesregierung die Spitzenforschung in Hessen. Sechs Projekte der Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen und Marburg gemeinsam mit weiteren Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen werden in der vom Land aufgelegten Förderlinie „Clusterprojekte“ ab April 2021 gefördert. Das Land stärkt damit die für Hessens Universitäten besonders profilgebenden Forschungsbereiche, zu denen auch die Teilchenphysik gehört. Eines der geförderten Projekte ist ELEMENTS, an dem auch das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung beteiligt ist.
2017 gelang erstmals der Nachweis von Gravitationswellen verschmelzender Neutronensterne und ihrer elektromagnetischen Signale – ein Wendepunkt in der Multimessenger-Astronomie. Das Clusterprojekt ELEMENTS (Exploring the Universe from microscopic to macroscopic scales) bringt Wissenschaftler*innen unterschiedlicher Forschungsfelder der Physik zusammen, um den Ursprung der chemischen Elemente im Universum zu erforschen. Dabei werden Fragen der Physik zu den grundlegenden Eigenschaften von Materie beantwortet. Experimentell profitiert das Projekt von der weltweit einmaligen Infrastruktur an Teilchenbeschleunigern in Hessen einschließlich der im Aufbau befindlichen FAIR-Anlage, die derzeit bei GSI entsteht.
Das Projekt vereint dabei die starken Forschungskräfte mehrerer international führender Institutionen. Es wird im Rahmen der „Clusterprojekte“-Förderlinie des Landes zur Vorbereitung auf die nächste Runde der Bund-Länder-Exzellenzstrategie bis 2025 mit 7,9 Millionen Euro gefördert. Neben der Goethe-Universität Frankfurt und der TU Darmstadt, die zu gleichen Teilen das Projekt anführen, sind auch die Universität Gießen und das GSI Helmholtzzentrum beteiligt. Durch diesen Verbund können die Forschenden ihre herausragende Expertise in Gravitationsphysik und in der Physik von Nuklearreaktionen verknüpfen sowie die Beschleunigeranlagen in Darmstadt – die entstehende FAIR-Anlage bei GSI und den Elektronenbeschleuniger S-DALINAC der TU im Institut für Kernphysik – synergetisch nutzen.
„Ich bin erfreut über diese Entscheidung des Landes Hessen“, sagte der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino. „Wir in Hessen verstehen es, die richtigen Menschen und die richtigen Themen zusammen zu bringen. Wir haben hier Forschungsstrukturen auf internationalem Top-Niveau. Das ermöglicht es uns, eine führende Position in den wichtigen Forschungsfeldern der Zukunft zu erreichen. Schon das aktuelle Forschungsprogramm bei GSI und FAIR bietet hervorragende Möglichkeiten, in den kommenden Jahren wird das Beschleunigerzentrum FAIR weiteres innovatives Potenzial erschließen.“
„Die Entscheidung freut mich außerordentlich“, sagte auch TU-Präsidentin Professorin Tanja Brühl. „Sie würdigt die Synergien zwischen herausragender universitärer und außeruniversitärer Forschung. Die hier verankerte, weltweit einmalige Infrastruktur an Teilchenbeschleunigern inklusive der künftigen FAIR-Anlage wird zu einer erfolgreichen Zukunft beitragen.“ Brühl fügte hinzu, dass das Projekt auch die von den Universitäten Mainz, Frankfurt und Darmstadt gebildete Allianz der Rhein-Main-Universitäten stärke.
ELEMENTS wird Neutronensterne studieren, die gerade noch sichtbaren, kleinen Brüder von Schwarzen Löchern. Sie entstehen nach dem Ausbrennen eines Sterns, wenn dieser nicht massereich genug war, um nach seinem Ende durch den eigenen Gravitationsdruck zu einem Schwarzen Loch zusammengepresst zu werden. Neutronensterne sind, wie auch Schwarze Löcher, Ursache für extreme Raum-Zeit-Krümmungen, und wenn Neutronensterne oder Schwarze Löcher verschmelzen, entstehen nachweisbare Gravitationswellen. Wegen ihrer kosmischen Auswirkungen und extremen Bedingungen sind beide Phänomene für Forschende auf der ganzen Welt sehr spannend. Neutronensterne erlauben, anders als Schwarze Löcher, sogar Rückschlüsse auf ihr Inneres.
So sind Neutronensternverschmelzungen als extrem lichtstarke Vorgänge, Kilonovae, am Himmel sichtbar, bei denen durch Kernreaktionen unter extremen Bedingungen die schwersten chemischen Elemente erzeugt werden. Das Projekt ELEMENTS erforscht die Dynamik in der Verschmelzung zweier Neutronensterne und untersucht dabei auch das Gravitationsfeld, die Kernmaterie und – Schwerpunktthema der Physiker*innen bei GSI/FAIR und an der TU Darmstadt – die dabei entstehenden schweren chemischen Elemente. Das Leuchten einer Kilonova als Fingerabdruck für die Produktion schwerer Elemente wurde von in Darmstadt tätigen Forschenden vor einigen Jahren erfolgreich vorhergesagt. (HMWK / TUD / BP)
]]>Der Zusammenbau der Joch-Oktanten erfordert höchste Präzision und wird durch ein sternförmiges Installationswerkzeug ermöglicht. Nach dem Ausbau des Werkzeuges bleiben die Oktanten innerhalb geringster Abweichungen in ihrer Position. Überwacht wird die Positionierung der einzelnen Baugruppen schon während der Montage durch ein Laser-Tracker-System, das dazu fest angebrachte Vermessungspunkte kontrolliert. Damit ist die Position viel genauer bestimmt, als es durch die Verwendung mechanischer Stopper erreichbar wäre.
Die vier Türen – zwei strahlabwärts, zwei strahlaufwärts – sind in geschlossenem Zustand mit dem Joch verschraubt. Vor dem Öffnen werden die Haltebolzen entfernt und die Türen auf Schwergewichtsroller herabgelassen, die ihrerseits auf einer Tragschiene lagern. Die Türflügel mit einem Gewicht von je 22 Tonnen werden geöffnet, indem sie auf der Schiene mittels ihrer Roller verschoben werden. Dabei muss eine Reibung von nur 0,5 Prozent überwunden werden: Zwei Personen sind in der Lage, die Türen mit Hilfe einer einfachen Seilwinde zu bewegen.
Bis zur endgültigen Auslieferung wird das Budker-Institut für Kernphysik (BINP) die Türen noch mit einem Hydrauliksystem ausstatten, was nicht Bestandteil des Liefervertrages mit SET ist. Das Joch wurde wieder auseinandergebaut und die Teile werden zum BINP transportiert. Dort werden sie zum kompletten Magneten zusammengebaut.
Momentan wird der Kryostat des supraleitenden Solenoiden gebaut. Gleichzeitig wird die Produktion des supraleitenden Drahtes vorbereitet. Der Zusammenbau des vollständigen Magneten am BINP ist für das nächste Jahr vorgesehen und wird dann erste Tests erlauben. Schließlich ist geplant, eine präzise Kartierung des Feldes im großen aktiven Magnetvolumen zu erstellen, in dem künftig Teilchenspuren so abgelenkt werden, dass sie vom PANDA-Experiment erfasst werden. (BP)
]]>Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino zeigte sich begeistert von den Erfolgen: „Die Exzellenz von GSI und FAIR wird durch den Erfolg bei diesen Ausschreibungen einmal mehr unterstrichen. Ich freue mich sehr über diese Förderung, mit der die EU äußerst zukunftsträchtige Themenbereiche unterstützt. Unsere Forschenden gehören mit ihrer Expertise zu den jeweiligen Key Playern in den nun geförderten Feldern. Die Einbindung von GSI und FAIR in die Projekte bestätigt die Attraktivität unserer Forschungsinfrastrukturen für die internationale Forscher-Community.“
HITRIplus (Heavy Ion Therapy Research Integration plus) erhält die höchste Fördersumme, das heißt 680.000 Euro. Das Projekt wird in der Forschungsabteilung Biophysik unter der Leitung von Professor Marco Durante umgesetzt und vom Nationales Zentrum für onkologische Hadronentherapie CNAO im italienischen Pavia als Konsortialführer gebündelt. Das Ziel von HITRIplus ist es, präklinische und klinische Forschung in der Krebsbehandlung mit Schwerionenstrahlen integriert voranzutreiben und gleichzeitig die Spitzentechnologie gemeinsam weiterzuentwickeln.
Schwerionenstrahlen sind eine äußerst vielversprechende Behandlungsmethode, da sie effektiver als jede andere Behandlung für strahlenresistente Tumore sind. Der Ionenstrahl fokussiert sich auf das maligne Tumorgewebe bei gleichzeitiger Schonung der gesunden Organe. Ziel von HITRIplus ist die Verbesserung der Schwerionentherapie als hochmodernes Instrument zur Behandlung jener Tumore, die mit Röntgenstrahlen oder Protonen nicht heilbar sind und die mit Ionen bessere Überlebensraten, geringere Rezidive oder eine mildere Toxizität aufweisen.
Das HITRIplus-Konsortium bringt dabei zum ersten Mal alle bedeutenden europäischen Schwerionentherapiezentren mit führenden europäischen Unternehmen, Hochschulen und Forschungslaboren zusammen. Ziel ist der Aufbau einer starken, gesamteuropäischen Forschungsgemeinschaft für Schwerionentherapie. Die so entstehenden Netzwerke sollen die Forschung zur Schwerionentherapie, einschließlich der klinischen und vorklinischen Forschung, strukturieren und fördern und auch neue Beschleuniger- und Strahlführungstechnologien entwickeln. Geringere Kosten und Dimensionen neuer Anlagen sollen helfen, die Tumortherapie mit Ionen für noch mehr Kranke zugänglich zu machen und gleichzeitig der europäischen Industrie neue Märkte zu eröffnen.
Um innovative Methoden zur Strahlungsprüfung geht es bei dem Projekt RADNEXT (RADiation facility Network for the EXploration of effects for indusTry and research), das mit rund 342.000 Euro im Bereich GSI/FAIR gefördert wird. Die Betreuung des Projektes bei GSI/FAIR liegt bei den Forschungsabteilungen Materialforschung und Biophysik mit Ihren Leitungspersonen Professorin Christina Trautmann und Professor Marco Durante, koordinierend tätig ist das Europäische Forschungszentrum CERN. Bei RADNEXT geht es um neue Anwendungen unter anderem in den Industriesektoren Raumfahrt, Automobil, Kommunikationstechniken, Medizin und Beschleuniger, die koordinierte und schlanke Strahlen-Testmethoden erfordern.
Derzeit verfügt die Wirtschaft Europas noch nicht über ein koordiniertes Netzwerk von Prüfungseinrichtungen für diese Zwecke. Ein solches Netzwerk könnte beispielsweise kleine und mittlere Unternehmen, die in vielen Fällen Schwierigkeiten haben, Zugang zu den erforderlichen Testeinrichtungen zu erhalten, bei schnellen Innovationen entscheidend unterstützen. Neue Prüfmethoden können auch den Weg zu neuen Strahlenstandards ebnen, da die bestehenden hauptsächlich auf klassische Raumfahrtanwendungen und strahlungsgehärtete Komponenten fokussiert sind.
Die Forschungszentren können im Bereich Strahlentests eine Schlüsselrolle spielen, indem sie die ersten Schritte zur Schaffung eines nachhaltigen, koordinierten Netzes von Bestrahlungsprüfanlagen unternehmen. Damit kann schließlich auch eine veränderte Herangehensweise an die Strahlenevaluierung unterstützt werden, hin zu einer Evaluierung auf Grundlage einer Risikobewertung und Risikominderung statt einer vollständigen Risikovermeidung.
Weitere 353.000 Euro fließen über das Projekt I.FAST (Innovation Fostering in Accelerator Science and Technology) zu GSI/FAIR. Die EU-Ausschreibung rückt die Teilchenbeschleuniger selbst in den Mittelpunkt. Ihre Nutzung reicht von großen Anlagen, die der Grundlagenforschung gewidmet sind, bis hin zu einer Fülle von Einrichtungen, die Röntgen- oder Neutronenstrahlen für ein breites Spektrum wissenschaftlicher Disziplinen bereitstellen.
Fast 50 Institutionen sind bei dem Nachfolgeprojekt des ebenfalls bei CERN koordinierten ARIES-Programms, an dem GSI auch beteiligt ist, involviert. GSI/FAIR ist mit einem breit aufgestellten Team an Forschenden aus verschiedenen Themenbereichen erneut Teil des Konsortiums, was die vielfältige Kompetenz vor Ort unterstreicht. Das Projekt wird dabei von zahlreichen Beschleunigerfachgruppen beziehungsweise Forschungsabteilungen vorangetrieben. Es zielt darauf ab, neue Entwicklungen im Bereich der beschleunigergestützten Forschungsinfrastrukturen voranzutreiben und innovative Technologien zu fördern.
Über die wissenschaftlichen Laboratorien hinaus nimmt der Einsatz von Beschleunigern in Medizin und Industrie rasch zu. Teilchenbeschleuniger stehen heute vor entscheidenden Herausforderungen, beispielsweise im Hinblick auf Größe und Leistung der vorgesehenen Anlagen und hinsichtlich steigender Nachfrage nach Beschleunigern für die angewandte Wissenschaft. Das Projekt will dazu beitragen, leistungsfähigere und erschwinglichere Technologien zu entwickeln und den Energieverbrauch zu reduzieren. Dies könnte der Weg zu einer nachhaltigen nächsten Generation von Beschleunigern sein.
Durch die Einbeziehung der Industrie über 17 Industrieunternehmen im Konsortium soll I.FAST Innovationen schaffen und so die langfristige Entwicklung der Beschleunigertechnologien in Europa unterstützen. Alternative Beschleunigerkonzepte sollen erforscht, die Prototypisierung von Schlüsseltechnologien gefördert werden. Dazu gehören unter anderem Techniken zur Erhöhung der Helligkeit und Reduzierung der Abmessungen von Synchrotronlichtquellen, fortgeschrittene supraleitende Technologien zur Erzeugung höherer Felder bei geringerem Verbrauch sowie Strategien und technische Lösungen zur Verbesserung der Energieeffizienz.
Darüber hinaus ist die Abteilung Biophysik unter Leitung von Professor Marco Durante auch noch in geringerem Umfang an dem Projekt PRISMAP (PRoduction of high purity Isotopes by mass Separation for Medical Application) beteiligt, das vom CERN koordiniert wird. In diesem Rahmen fließen weitere 17.000 Euro zu GSI und FAIR. PRISMAP wird die wichtigsten europäischen Quellen für intensive Neutronen, Isotopen-Massenseparationseinrichtungen sowie Hochleistungsbeschleuniger und Zyklotrone mit führenden biomedizinischen Forschungsinstituten und Krankenhäusern zusammenbringen. Gemeinsam werden sie eine nachhaltige Quelle für hochreine neue Radionuklide bereitstellen, um die Frühphasenforschung für Radiopharmazeutika, zielgerichtete Medikamente gegen Krebs, Theranostik und personalisierte Medizin in Europa voranzutreiben.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer Paolo Giubellino merkt mit Blick auf die Projekte, die alle in internationalen Konsortien umgesetzt werden, abschließend an: „Wissenschaft ist eine globale Unternehmung, in der Fortschritte in Pionierinitiativen nur dann erfolgreich sein können, wenn sie auf internationaler Ebene ausgeführt werden. Für GSI/FAIR ist dies eine wesentliche, strategische Arbeitsweise, und wir werden mit unserer spezifischen Kompetenz und Erfahrung einen aktiven Beitrag zu diesen Programmen, die die zukünftige Forschung prägen werden, leisten können.“ (BP)
]]>Das Baryon-Antibaryon-Symmetrie-Experiment (BASE) am Antiprotonen-Entschleuniger des CERN hat neue Grenzen für die Masse von Axion-ähnlichen Teilchen – hypothetischen Teilchen, die Kandidaten für dunkle Materie sind – festgelegt und eingeschränkt, wie leicht sie sich in Photonen, die Teilchen des Lichts, verwandeln können. Dies ist besonders bemerkenswert, da BASE nicht für solche Untersuchungen konzipiert wurde. Das neue Ergebnis des Experiments, veröffentlicht in Physical Review Letters, beschreibt diese bahnbrechende Methode und eröffnet neue experimentelle Möglichkeiten für die Suche nach kalter dunkler Materie. GSI ist unter anderem durch die Fertigung einiger Komponenten des experimentellen Aufbaus an BASE beteiligt.
„BASE verfügt über extrem empfindliche Detektionssysteme mit abgestimmten supraleitenden Schwingkreisen, um die Eigenschaften einzelner gefangener Antiprotonen zu untersuchen. Wir haben erkannt, dass diese Detektoren auch für die Suche nach Signalen von anderen Teilchen geeignet sind. In dieser kürzlich veröffentlichten Arbeit haben wir einen unserer Detektoren als Antenne benutzt, um nach einer neuen Art von Axion-ähnlichen Teilchen zu suchen“, erläutert Jack Devlin, ein CERN-Forschungsstipendiat, der am BASE-Experiment arbeitet.
Axionen oder Axion-ähnliche Teilchen sind Kandidaten für kalte dunkle Materie. Aufgrund astrophysikalischer Beobachtungen geht man davon aus, dass etwa 26,8 Prozent des Materie-Energie-Gehalts des Universums aus dunkler Materie und nur etwa 5 Prozent aus normaler − sichtbarer − Materie bestehen; der Rest ist die mysteriöse dunkle Energie. Diese unbekannten Teilchen spüren die Schwerkraft, reagieren aber kaum auf die anderen fundamentalen Kräfte, wenn sie diese überhaupt erfahren. Die etablierte Theorie der fundamentalen Kräfte und Teilchen, das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, enthält keine Teilchen mit den passenden Eigenschaften für kalte dunkle Materie. Da das Standardmodell jedoch viele Fragen unbeantwortet lässt, haben Physiker darüber hinaus gehende Theorien vorgeschlagen, von denen einige die Natur der dunklen Materie erklären. Manche dieser Theorien schlagen die Existenz von Axionen oder Axion-ähnlichen Teilchen vor. Diese Theorien müssen getestet werden, und auf der ganzen Welt gibt es viele Experimente, die nach diesen Teilchen suchen. Das BASE-Experiment am CERN hat nun zum ersten Mal die Detektoren, die zum Nachweis einzelner Antiprotonen entwickelt wurden, für die Suche nach dunkler Materie eingesetzt.
Im Vergleich zu den großen Detektoren am LHC ist BASE ein wesentlich kleineres Experiment. Der Antiprotonen-Entschleuniger des CERN versorgt es mit Antiprotonen. BASE fängt diese Teilchen ein und speichert sie in einer Penningfalle, einer Kombination aus elektrischen und starken magnetischen Feldern. Um Kollisionen mit gewöhnlicher Materie zu vermeiden, wird die Falle bei etwa 5 Kelvin (-268 °C) betrieben, wo äußerst niedrige Drücke, ähnlich denen im Weltraum, erreicht werden (10−18 mbar). In dieser extrem gut isolierten Umgebung können Wolken von gefangenen Antiprotonen über Jahre hinweg existieren. Durch sorgfältiges Einstellen der elektrischen Felder können die Physiker bei BASE einzelne Antiprotonen isolieren und in einen separaten Teil der Falle bringen. In diesem Bereich können sehr empfindliche resonante supraleitende Detektoren die winzigen elektrischen Ströme nachweisen, die von einzelnen Antiprotonen erzeugt werden, während sie sich in der Falle bewegen.
In der nun veröffentlichten Arbeit suchte das BASE-Team nach unerwarteten elektrischen Signalen in ihren empfindlichen Antiprotonendetektoren. Das Herzstück jedes Detektors ist eine kleine, etwa 4 cm durchmessende, Torus-förmige Spule, die ähnlich aussieht wie die Transformatorspulen, die man in vielen gewöhnlichen elektronischen Geräten findet. Die BASE-Detektoren sind jedoch supraleitend − haben also fast keinen elektrischen Widerstand, und alle umgebenden Komponenten sind sorgfältig so gewählt, dass sie keine elektrischen Verluste verursachen. Das macht die BASE-Detektoren extrem empfindlich gegenüber elektromagnetischen Hochfrequenzfeldern. In der vorliegenden Arbeit nutzten die Physiker erstmals das in der Penningfalle gespeicherte Antiproton als Quantensensor, um das Hintergrundrauschen ihres Detektors genau zu kalibrieren. Dann begannen sie, nach ungewöhnlichen aber schwachen Signalen zu suchen, die möglicherweise von Axion-ähnlichen Teilchen und ihren möglichen Wechselwirkungen mit Photonen verursacht werden. Im untersuchten Frequenzbereich konnten sie bisher kein derartiges Signal nachweisen, was im Umkehrschluss bedeutet, dass es BASE gelungen ist, neue Grenzen für die Masse Axion-artiger Teilchen zu setzen und ihre möglichen Wechselwirkungen mit Photonen zu untersuchen.
Mit dieser Studie eröffnet BASE anderen Penningfallen-Experimenten die Möglichkeit, sich an der Suche nach dunkler Materie zu beteiligen. Verschiedene Änderungen können die Detektionsempfindlichkeit weiter verbessern, um in Zukunft empfindlichere Schranken an die Konversion der hypothetischen Axion-ähnlichen Teilchen in Photonen zu setzen. „Mit dieser neuen Technik haben wir zwei bisher nicht miteinander verbundene Zweige der Experimentalphysik kombiniert: die Axion-Physik und die Hochpräzisions-Penningfallen-Physik. Unser Laborexperiment ist komplementär zu astrophysikalischen Experimenten und besonders empfindlich im niedrigen Axion-Massenbereich. Mit einem eigens dafür gebauten Messinstrument könnten wir die Bandbreite und Empfindlichkeit erhöhen, um die Landschaft der Axion-Suche mit Penningfallen-Techniken zu erweitern“, hofft Stefan Ulmer, Sprecher der BASE-Kollaboration.
Die BASE-Kollaboration besteht aus Wissenschaftlern des RIKEN Fundamental Symmetries Laboratory, des European Center for Nuclear Research (CERN), dem Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM), der University of Tokyo, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, der Leibniz Universität Hannover und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig. Diese Forschung ist Teil des Arbeitsprogramms des Max Planck-RIKEN-PTB Center for Time, Constants and Fundamental Symmetries, einer internationalen Gruppe, die hochpräzise Messmethoden für ein besseres Verständnis der Physik unseres Universums entwickelt. (CP)
Dabei kommt die vollständige Beschleunigeranlage zum Einsatz: Der Linearbeschleuniger UNILAC, der Ringbeschleuniger SIS18, der Experimentierspeicherring ESR, der Fragmentseparator FRS, der Hochleistungslaser PHELIX und erstmals auch der neue FAIR-Speicherring CRYRING stehen zur Nutzung für die Forschenden bereit. Eine Vielzahl von Experimentierplätzen wird, teilweise im Parallelbetrieb, mit unterschiedlichen Ionensorten von Wasserstoff bis zum Uran bedient werden. Der Wissenschaftsbetrieb an den GSI-Anlagen ist Teil des FAIR-Experimentierprogramms, der sogenannten FAIR-Phase 0, die bereits hervorragende Experimentiermöglichkeiten bietet, während FAIR noch im Bau ist.
In der vorangegangenen Betriebspause konnten zahlreiche Wartungs- und Modernisierungsmaßnahmen umgesetzt werden, um die Bestandsanlage weiter auf den zukünftigen Betrieb als Vorbeschleuniger der FAIR-Anlage vorzubereiten. Aufgrund der Corona-Pandemie ist die sonst übliche Anreise von in- und ausländischen Gastwissenschaftler*innen auch in dieser Experimentierzeit nur eingeschränkt möglich. Jedoch wurde die Betriebspause auch dafür genutzt, den Fernzugriff auf Anlagenteile durch die Forschenden und die elektronische Kommunikation weiter auszubauen, um eine bestmögliche Durchführung der Forschungsarbeiten zu ermöglichen. (CP)
]]>„Der GSI-Aufsichtsrat, der FAIR-Council und ich persönlich freuen uns sehr, dass Herr Blaurock unseren Vorschlag angenommen hat, für weitere fünf Jahre in dieser Position tätig zu sein. Die sehr guten Baufortschritte bei FAIR in den letzten Jahren sind das Ergebnis des großen Engagements der Mitarbeitenden von GSI und FAIR, aber ganz besonders auch sein Erfolg. Wir sind überzeugt, dass mit seiner Führung das FAIR-Bauprojekt erfolgreich zum Abschluss gebracht wird“, betonte Ministerialdirigent Dr. Volkmar Dietz, Vorsitzender des GSI-Aufsichtsrats und Chair des FAIR-Councils und Unterabteilungsleiter im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
Die Personalentscheidung ist zugleich ein Garant für Kontinuität und stabile Verhältnisse im GSI- und FAIR-Management: Zusammen mit Professor Paolo Giubellino als Wissenschaftlichem Geschäftsführer und Ulrich Breuer als Administrativem Geschäftsführer bildet Jörg Blaurock auch künftig die gemeinsame Führungsspitze von GSI und FAIR. Ziel des Management-Teams ist es, Spitzenforschung an der bestehenden Anlage zu ermöglichen und die künftige Beschleunigeranlage FAIR in internationaler Zusammenarbeit zu realisieren.
Jörg Blaurock blickt mit viel Energie auf seinen zweiten Turnus: „Ich freue mich sehr über das mir entgegen gebrachte Vertrauen und die Möglichkeit, das FAIR-Projekt weiter voranzutreiben und zu gestalten.“ Eine solide, verlässliche und effiziente Projektumsetzung sowie die kontinuierliche Fortsetzung der Ausführungsarbeiten nennt er als wichtige Ziele auf dem Weg zur Realisierung von FAIR.
In den vergangenen Jahren führte Jörg Blaurock das FAIR-Projekt, eines der weltweit größten Bauvorhaben für die Wissenschaft, durch zahlreiche herausfordernde Entwicklungsprozesse und hatte dabei stets die besonderen Erfordernisse dieser außergewöhnlichen Großbaustelle im Blick. Im Baufeld Nord konnten große Fortschritte erzielt und wichtige Etappen abgeschlossen werden. Die Schwerpunkte lagen bei Erdaushub, Beton- und Rohbauarbeiten für entscheidende Gebäude wie den großen Ringbeschleuniger SIS100, das zentrale Kreuzungsbauwerk und den ersten Experimentierplatz für das FAIR-Forschungsprogramm. Selbst unter schwierigen Corona-Bedingungen gelang es, die Voraussetzungen für den Fortgang der Arbeiten auf dem Baufeld aufrechtzuerhalten.
In Jörg Blaurocks zweiter Amtszeit rücken weitere großen Realisierungsschritte in den Vordergrund, so die Entwicklung des Baufeldes Süd und die Technische Gebäudeausrüstung. Auch die weltweite Hightech-Komponentenentwicklung für die Experimente und die Beschleunigermaschine sowie deren Implementierung und Montage in den Gebäuden sind eine zentrale Aufgabe der Zukunft. Die kommenden Jahre stehen somit ganz im Zeichen des Fortschritts, um die hervorragende Entwicklung noch weiter auszubauen.
Bevor Jörg Blaurock, Jahrgang 1964, seine Position bei GSI und FAIR antrat, war er über 20 Jahre lang weltweit im internationalen Großanlagenbau für die vollständige Planung, Lieferung, Montage und Inbetriebnahme von technischen Großanlagen zuständig. Er studierte Maschinenbau an der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg während seiner Offizierslaufbahn in der Bundeswehr, der er bis zum Jahr 1994 angehörte. Anschließend arbeitete er für die Großanlagenbauer Uhde GmbH und Lurgi GmbH in der schlüsselfertigen Herstellung von petrochemischen Industrieanlagen an verschiedenen internationalen Standorten. Seit dem Jahr 2007 war er bei Alstom, heute General Electric, in mehreren Funktionen tätig, zuletzt für die General Electric Deutschland GmbH in Stuttgart. Dort verantwortete er als Geschäftsführer die schlüsselfertige Lieferung von Großdampferzeugern fossiler Kraftwerke zur Stromerzeugung. (BP)
]]>Der Ort der Entstehung der schweren und schwersten Elemente, zu denen auch Gold und Platin gehören, beschäftigt schon lange die Fachwelt. Der National Research Council der USA hatte diese Frage als eine der elf größten ungelösten Probleme der Physik im 21. Jahrhundert gelistet. Ein Durchbruch gelang schließlich im August 2017, als ein bislang nie beobachtetes astrophysikalisches Phänomen sowohl durch Gravitationswellen wie durch einen Lichtausbruch (bekannt als Kilonova) nachgewiesen werden konnte. Die Analyse der Gravitationswellen zeigte, dass das beobachtete Ereignis als Verschmelzung zweier Neutronensterne identifiziert werden konnte, während die Lichtkurve Evidenz für die Herstellung schwerer Elemente im sogenannten astrophysikalischen r-Prozess gab.
Der r-Prozess, eine Sequenz von Neutroneneinfangreaktionen und Betazerfällen an extrem neutronenreichen Kernen, war schon lange als Ursprung der schweren Elemente postuliert worden, aber nun kennt man endlich einen Ort, an dem dies im Universum geschieht. Die Identifikation von Neutronensternverschmelzungen als ein astrophysikalischer Ort des r-Prozesses hat somit die Tür zu einem neuen, faszinierenden wissenschaftlichen Forschungsfeld geöffnet, das global große Aufmerksamkeit erfährt. Nicht zuletzt deshalb hat die angesehene, wissenschaftliche Zeitschrift „Reviews of Modern Physics“, die von der American Physical Society herausgegeben wird, eine Gruppe von Expert*innen eingeladen, den aktuellsten Kenntnisstand zur Entstehung der schweren Elemente ausführlich zusammenzufassen und zu evaluieren. Unter den acht Autor*innen befinden sich drei Forschende, die bei GSI tätig sind, und zwei weitere, die eng mit GSI/FAIR verbunden sind.
„Es war natürlich eine große Ehre, für Reviews of Modern Physics eine Übersicht über dieses sich schnell entwickelnde Forschungsgebiet zu erstellen. Vor allem war es eine Herausforderung, das weitgefächerte Spektrum von der astrophysikalischen Beobachtung über kern- und atomphysikalische Labormessungen bis hin zu Simulationen solcher Ereignisse ausgewogen darzustellen. Ich bin froh, dass mir kompetente Kollegen aus den einzelnen Fachgebieten mit ihrer Expertise zur Seite standen“, sagt Professor Friedrich-Karl Thielemann, der seit seiner Emeritierung von der Universität Basel auch bei GSI forscht und der nicht zuletzt für seine bahnbrechenden Arbeiten zum r-Prozess jüngst mit der Karl-Schwarzschild-Medaille der Deutschen Astronomischen Gesellschaft ausgezeichnet wurde.
Thielemann betont aber auch, dass es noch viele ungelöste Fragen zum r-Prozess gibt, die der Review ebenfalls anspricht. Dies betrifft insbesondere die Kernprozesse, die bei der Verschmelzung von Neutronensternen sowie in der r-Prozess-Nukleosynthese von essentieller Bedeutung sind. Spannende Erkenntnisse sind hier zu erwarten, wenn neue Beschleunigergroßforschungsanlagen ihren Betrieb aufgenommen haben. An FAIR, der Facility for Antiproton and Ion Research, die derzeit bei GSI als internationales Beschleunigerprojekt entsteht, kann Materie in ultrarelativistischen Schwerionenstößen zu extremen Dichten und Temperaturen komprimiert und unter Bedingungen untersucht werden, wie sie in Neutronensternverschmelzungen kurz vor dem Übergang zum Schwarzen Loch existieren.
„Wir werden an FAIR auch erstmals viele der exotischen Kerne herstellen und ihre Eigenschaften an den dort zur Verfügung stehenden Speicherringen und Detektoren vermessen“, freut sich Mitautor Gabriel Martinez-Pinedo, Leiter der GSI Theorieabteilung und Professor an der TU Darmstadt. Professor Martinez-Pinedo hatte mit Brian Metzger von der Columbia University das Team geleitet, das das Kilonova-Signal als Fingerzeichen des r-Prozesses bereits einige Jahre vor der Beobachtung vorhergesagt hat.
Bislang mussten die Eigenschaften der im r-Prozess wichtigen, kurzlebigen Kerne theoretisch modelliert werden, was immer mit einer gewissen Unsicherheit verbunden ist. Dass sich dies in Zukunft ändert, daran arbeitet auch ein weiterer Ko-Autor, Professor Michael Wiescher von der Notre Dame University, der durch einen renommierten Humboldt-Forschungspreis mit GSI verbunden ist. Zusammen mit weiteren Forschenden, vor allem von Goethe Universität Frankfurt und GSI, entwickelt Wiescher Pläne, um mit den einzigartigen Speicherringen an FAIR wichtige experimentelle Daten für den r-Prozess zu gewinnen. „Ich finde die Idee meines Frankfurter Kollegen Professor René Reifarth faszinierend, dass es mit den FAIR-Ringen möglich wird, Neutroneneinfänge an kurzlebigen Kernen zu messen“, weist Wiescher auf einen lang gehegten Traum der Kern-Astrophysik hin, der an FAIR wahr werden könnte. Die FAIR-Speicherringe versprechen auch einen erstmaligen Zugang zur Messung atomphysikalischer Daten von Ionen schwerer Elemente, wie sie zur Modellierung der Kilonova-Leuchtkurve benötigt werden.
Der Übersichtsartikel erscheint in den „Reviews of Modern Physics“ im neuen Band 93 (1. Februar 2021). Wegen der Aktualität und Komplexität des Themas haben die Editoren ein deutliches Überschreiten des Seitenlimits ermöglicht. Der Text fasst auf 85 Seiten zusammen, was man zurzeit über die Entstehung der schweren Elemente durch den astrophysikalischen r-Prozess weiß. Er zeigt aber auch auf, welche Fragen noch ungelöst sind und welche Fortschritte durch verbesserte astronomische Beobachtungen, durch Computersimulationen und vor allem durch die einzigartigen Möglichkeiten, die die nächste Generation von Beschleunigergroßanlagen in Europa, Amerika und Asien eröffnen, zu erwarten sind.
Die beteiligten Wissenschaftler*innen blicken in die Zukunft: „Wenn in ein bis zwei Jahrzehnten wieder ein Übersichtsartikel über den r-Prozess in den Reviews of Modern Physics erscheint, wird dieser wahrscheinlich auf der Basis der jetzt beschriebenen Grundkenntnisse viele der heute noch offenen Fragen beantworten. Aber sicherlich wird auch er, wie es für die Wissenschaft typisch und fruchtbar ist, wiederum neue offene Fragen identifizieren.“ (BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung im Journal „Reviews of Modern Physics“ (auf Englisch)
]]>Da derzeit wegen der Corona-Situation keine öffentlichen Präsenz-Führungen auf dem Campus und zur Aussichtsplattform an der Baustelle angeboten werden können, wollen GSI und FAIR mit dem speziell zusammengestellten Online-Angebot allen Interessenten die Gelegenheit geben, uns virtuell und interaktiv auch weiterhin zu besuchen. Das neue digitale Format stellt das seit vielen Jahren stark nachgefragte Besichtigungsangebot auf neue Zeiten ein. Organisiert wird ein Live-Event, das jeweils 90 Minuten dauert und auch die Möglichkeit bietet, individuelle Fragen zu stellen, die von den Moderierenden beantwortet werden.
Nach einem kurzen Einführungsvortrag geht es mit einer geführten Videotour zu mehreren ausgewählten Forschungsstätten und Anlagen auf dem Campus: Unter anderem können die Teilnehmenden auf diese Weise den 120 Meter langen Linearbeschleuniger UNILAC oder auch den Hauptkontrollraum online besichtigen und viel Neues über die einzigartige Forschung bei GSI und FAIR erfahren. Außerdem gibt es Wissenswertes über den Bau von Komponenten für das zukünftige internationale Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht.
Ein Highlight des neuen Formats ist der Online-Logenplatz direkt am Mega-Baufeld FAIR: Von der dortigen Aussichtsplattform bietet sich den Teilnehmenden ein eindrucksvolles Video-Panorama auf die stets betriebsame Großbaustelle und ein ebenso beeindruckender Blick in die Zukunft der internationalen Spitzenforschung, die genau an diesem Ort künftig betrieben wird. Mit FAIR werden Forschende aus aller Welt kosmische Materie direkt im Labor erzeugen und untersuchen können und so Geheimnisse über den Aufbau und die Entwicklung des Universums lüften.
Detaillierte Informationen über technische Voraussetzungen und Zugangsmodalitäten, um an der digitalen Entdeckungsreise in die Welt von GSI und FAIR teilnehmen zu können, gibt es unter www.gsi.de/besichtigung. Eine Anmeldung für die Veranstaltungstermine ist nicht nötig. Es können bis zu 500 Personen teilnehmen. Weitere Fragen zu dem neuen Online-Veranstaltungsangebot können per E-Mail gestellt werden an besichtigung(at)gsi.de. (BP)
Alle Details zum neuen Online-Besichtigungsangebot
Termine: 12.02.2021, 10:00 Uhr, 18.02.2021, 15:00 Uhr und 23.02.2021, 13:00 Uhr
]]>In das Multiplett sind insgesamt neun supraleitende Einzelmagnete integriert und es ist ein echtes Schwergewicht: Es ist sieben Meter lang, hat einen Durchmesser von 2,5 Metern und wiegt über 60 Tonnen (der Magnet im Video). Dementsprechend erfolgte die Anlieferung zum CERN mittels eines Schwerlasttransports auf einem Tieflader. Nach der Montage im Teststand wird das Multiplett abgekühlt und umfangreichen Prüfungen von Betriebsparametern und Magnetfeldqualitäten unterzogen, die voraussichtlich etwa sechs bis neun Monate dauern werden. Nach erfolgreichem Abschluss der Abnahmetests soll das Multiplett zu GSI transportiert und im Rahmen einer Vormontage auf die spätere Tunnelinstallation vorbereitet werden. Bis zum endgültigen Einbau werden das Multiplett und auch seine Nachfolger danach zwischengelagert.
Die Multipletts dienen später im Super-FRS der Lenkung und Formung des Strahls, um einen hochpräzisen Teilchenstrahl zu erreichen. Der Super-FRS des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR ist ein wichtiger Baustein der Gesamtanlage mit großem Entdeckungspotenzial für die Wissenschaft: In diesem Teil des Beschleunigerkomplexes geht es um Experimente mit extrem seltenen exotischen Kernen im Rahmen von FAIRs Experimentsäule NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions). Dafür werden Ionen der schwersten Elemente zunächst auf eine Materialprobe (Target) geschossen und durch den Aufprall zertrümmert. Unter den so entstandenen Fragmenten sind auch exotische Kerne, die am Super-FRS aussortiert und für weitere Experimente zur Verfügung gestellt werden. Dabei können mit dem neuen Separator Kerne bis hin zu Uran bei relativistischen Energien produziert, isotopenrein separiert und untersucht werden. Da dieser gesamte Vorgang nur wenige Hundert Nanosekunden dauert, ermöglicht der Super-FRS den Zugang zu sehr kurzlebigen Kernen.
Die Multipletts, die im italienischen La Spezia hergestellt werden, sind ebenso wie das anschließende Testverfahren ein wichtiger Sachbeitrag (In-kind) von GSI zum FAIR-Projekt. GSI ist der deutsche Hauptgesellschafter in der internationalen FAIR GmbH. Alle supraleitenden Magnete, die für den Super-FRS benötigt werden, sollen in wechselnder Abfolge in der neuen Testanlage am CERN geprüft werden. Dies beinhaltet sowohl die insgesamt 32 Multiplett-Einheiten, als auch 24 supraleitende Dipolmagnete, die für die Umlenkung des Teilchenstrahls benötigt werden. Bereits im Jahr 2019 war ein erstes kurzes Multiplett an das CERN geliefert worden, mit dem der erste von insgesamt drei Testständen in Betrieb genommen wurde. Der Abnahmetest des kurzen Multipletts wurde in der Zwischenzeit trotz erschwerter Corona-Bedingungen am CERN erfolgreich abgeschlossen. Zurzeit wird mit dem Multiplett der zweite Teststand in Betrieb genommen, um so die Tests der Serien-Multipletts vorzubereiten. Ab Frühjahr dieses Jahres ist im etwa monatlichen Rhythmus je eine weitere Multiplett-Anlieferung geplant. (BP/CP)
Einem internationalen Forschungsteam gelang es, an den Beschleunigeranlagen des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt neue Erkenntnisse über das künstlich erzeugte superschwere Element Flerovium, das Element 114, zu gewinnen. Unter Federführung der Universität Lund in Schweden und unter maßgeblicher Beteiligung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) sowie des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) und weiterer Partner wurde Flerovium erzeugt und daraufhin untersucht, ob es eine abgeschlossene Protonenschale hat. Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass Flerovium entgegen der Erwartung kein sogenannter „magischer Kern“ ist. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Physical Review Letters, zusätzlich beleuchtet werden sie auch in einem Begleitartikel der American Physical Society.
In den späten 1960er-Jahren formulierte unter anderem Sven-Gösta Nilsson, damals Physik-Professor an der Universität Lund, eine Theorie über die mögliche Existenz noch unbekannter superschwerer Elemente. Mittlerweile wurden solche Elemente erzeugt und viele Vorhersagen bestätigt. Unter anderem gelang die Entdeckung der sechs neuen Elemente 107 bis 112 bei GSI in Darmstadt, weitere bis zu Element 118 sind bereits bekannt. Es wurde auch prognostiziert, dass eine „magische“ Kombination von Protonen und Neutronen bei den superschweren Elementen zu stark ansteigenden Halbwertszeiten führen sollte. Dies tritt dann auf, wenn die jeweils eine gewisse Anzahl an Protonen und Neutronen fassenden Schalen im Atomkern komplett gefüllt sind. „Auch für Flerovium, das Element 114, wurde eine solche abgeschlossene, ‚magische‘ Protonenschalenstruktur vorhergesagt. Stimmte dies, läge Flerovium im Zentrum der sogenannten ‚Insel der Stabilität‘, einem Bereich der Nuklidkarte, in dem die superschweren Elemente durch die Schalenabschlüsse besonders hohe Lebensdauern aufweisen müssten“, erläutert Prof. Dr. Dirk Rudolph von der Universität Lund, der Sprecher des internationalen Experiments.
Inspiriert von Nilssons Theorien untersuchte die von der Arbeitsgruppe in Lund geleitete internationale Kollaboration in Experimenten bei GSI in Darmstadt, ob Flerovium-Kerne die vorhergesagten magischen Eigenschaften zeigen. Dazu wurden im Rahmen des FAIR-Phase-0-Experimentierprogramms während 18 Tagen jede Sekunde vier Billionen Calcium-48-Kerne mit 20 Protonen vom GSI-Linearbeschleuniger UNILAC auf zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Sie wurden auf eine dünne Folie mit seltenem Plutonium-244 mit 94 Protonen geschossen, um so durch Kernverschmelzung Atomkerne des Fleroviums, das 114 Protonen besitzt, zu erzeugen. Dieses sogenannte Target wurde am Department Chemie der JGU mithilfe von Plutonium, das unter anderem vom Lawrence Livermore National Laboratory, USA, bereitgestellt wurde, hergestellt. Starke Magnete des GSI-Rückstoßseparators TASCA trennten die Flerovium-Kerne vom intensiven Calcium-Ionenstrahl ab, im Anschluss wurden sie in einer in Lund extra für dieses Experiment weiterentwickelte Detektionsapparatur registriert.
Der Detektor vermaß den radioaktiven Zerfall von 30 Flerovium-Kernen – also das Austreten von Kernbruchstücken von Flerovium – mit hoher Effizienz und Genauigkeit. Durch präzise Analyse dieser Bruchstücke und der Zeiten, innerhalb welcher sie emittiert wurden, gelang es dem Team, ungewöhnliche Zerfallswege der Atomkerne des Fleroviums zu bestimmen, die nicht mit seinen ursprünglich vorhergesagten „magischen“ Eigenschaften in Einklang zu bringen sind. „Unsere Studie zeigt, dass Element 114 nicht stabiler ist als andere in seiner Nähe. Dies ist ein sehr wichtiger Teil des Puzzles bei der weiteren Suche nach dem Zentrum der begehrten Insel der Stabilität“, sagt Prof. Dr. Christoph Düllmann, Professor für Kernchemie an der JGU und Leiter der Arbeitsgruppen bei GSI und am HIM.
Die neuen Ergebnisse werden der Wissenschaft von großem Nutzen sein. Anstatt weiter im Bereich von Element 114 nach dem Zentrum der Insel der Stabilität zu suchen, werden nun noch schwerere Elemente, beispielsweise das noch unentdeckte Element 120, verstärkt ins Rampenlicht rücken. (CP)
Mithilfe hochenergetischer Protonen lassen sich gezielt Nukleonen und vorgeformte Kern-Cluster aus Atomkernen herausschlagen. In einem Experiment am Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Osaka in Japan konnten nun direkt Heliumkerne in verschiedenen Zinn-Isotopen nachgewiesen werden und die Entwicklung der Wahrscheinlichkeit für ihre Formierung entlang der Zinn-Isotopenkette studiert werden. Die Ergebnisse einer Forschungsgruppe mit führender Beteiligung der TU Darmstadt, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt sowie des RIKEN Nishina Centers for Accelerator-Based Science in Tokyo werden in einem aktuellen Beitrag in der Zeitschrift „Science“ diskutiert.
Atomkerne sind aus Neutronen und Protonen aufgebaut, die sich aufgrund der starken Wechselwirkung zu Atomkernen vereinen. Die Kenntnis der Eigenschaften von Atomkernen und deren theoretische Beschreibung sind Grundlage für unser Verständnis von Kernmaterie sowie der Entwicklung des Universums. Die Untersuchung der Eigenschaften ausgedehnter Kernmaterie, wie sie zum Beispiel in Neutronensternen im Universum vorliegt, kann experimentell im Labor nur über Kernreaktionen erfolgen, die wichtige Information über die Eigenschaften von Kernen liefern. Die so in Experimenten gewonnenen Erkenntnisse werden wiederum zum Test von Theorien zur Beschreibung von Kernmaterie unter verschiedenen Bedingungen herangezogen.
Einige Theorien sagen voraus, dass leichte Kerne wie Heliumkerne mit Neutronen und Protonen in Kernmaterie koexistieren. Dieses sollte in einem Dichtebereich erfolgen, der deutlich unterhalb der Sättigungsdichte von Kernmaterie liegt, wie sie im Innern von schweren Atomkernen vorliegt. Eine in Darmstadt an der Technischen Universität und am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung von Dr. Stefan Typel entwickelte Theorie sagt voraus, dass diese Kondensation von Heliumkernen auch an der Oberfläche von Atomkernen auftreten sollte. Ziel des in der neuesten Ausgabe von „Science“ vorgestellten Experimentes war eine Überprüfung dieser Vorhersage.
Im beschriebenen Experiment wurden Zinn-Isotope mit hochenergetischen Protonen bestrahlt. Dabei wurden eindeutig gestreute Protonen und herausgeschlagene Heliumkerne nachgewiesen. Die genaue Analyse der Wissenschaftler Dr. Junki Tanaka und Dr. Yang Zaihong zeigte, dass es sich um eine direkte „quasi-elastische“ Streuung der Protonen an Heliumkernen in Zinnkernen handelt. Die ermittelten Wirkungsquerschnitte für verschiedenen Zinn-Isotope zeigen zudem, dass die Wahrscheinlichkeit für die Bildung von Heliumkernen deutlich mit dem Neutronenüberschuss der Kerne abnimmt.
Dies bestätigt auf beeindruckende Weise die Vorhersage der Theorie. Diese neue Erkenntnis, die weitreichende Konsequenzen für unser Verständnis von Kernen und Kernmaterie hat, soll nun genauer untersucht werden: In experimentellen Programmen an den Beschleunigeranlagen des Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Japan, sowie bei RIKEN und der neuen FAIR-Anlage in Darmstadt bei der GSI sollen insbesondere auch kurzlebige neutronenreiche Kerne studiert werden. (CP)
Mithilfe neuer Berechnungen lassen sich die Eigenschaften von fast 700 Isotopen zwischen Helium und Eisen vorhersagen. Sie zeigen, welche Atomkerne existieren können und welche nicht. In einem Beitrag in Physical Review Letters berichten Forschende der TU Darmstadt, der University of Washington, des kanadischen Forschungszentrums TRIUMF und der Universität Mainz, wie sie erstmals einen großen Bereich der Nuklidkarte basierend auf der starken Wechselwirkung simulierten. An der Forschung ist auch das ExtreMe Matter Institute EMMI von GSI und TU Darmstadt beteiligt.
Atomkerne werden durch die starke Wechselwirkung zwischen Neutronen und Protonen zusammengehalten. Etwa zehn Prozent der bekannten Atomkerne sind stabil. Ausgehend von diesen stabilen Isotopen werden Kerne durch Hinzufügen oder Entfernen von Neutronen immer instabiler, bis Neutronen sich nicht mehr an den Kern binden können und „heraustropfen“. Diese Grenze der Existenz, die sogenannte Neutronen-„Dripline“, wurde experimentell bislang nur für leichte Elemente bis Neon entdeckt. Das Verständnis der Neutronen-Dripline und der Struktur neutronenreicher Kerne spielt auch eine zentrale Rolle für das Forschungsprogramm der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR bei GSI.
In einer neuen Studie „Ab Initio Limits of Nuclei“, die im Journal Physical Review Letters als Editors‘ Suggestion mit einer begleitenden Synopsis in APS Physics erschienen ist, gelang es EMMI-Professor Achim Schwenk von der TU Darmstadt, der auch Max Planck Fellow am MPI für Kernphysik in Heidelberg ist, gemeinsam mit Wissenschaftlern der University of Washington, des TRIUMF und der Universität Mainz, die Grenzen von Atomkernen mit Hilfe innovativer theoretischer Methoden bis zu mittelschweren Kernen zu berechnen. Die Ergebnisse sind eine Fundgrube an Informationen über mögliche neue Isotope und liefern einen Fahrplan für Kernphysiker, um diese zu verifizieren.
Die neue Arbeit ist nicht der erste Versuch, den extrem neutronenreichen Bereich der Kernlandschaft theoretisch zu erforschen. Frühere Untersuchungen nutzten die Dichtefunktionaltheorie, um gebundene Isotope zwischen Helium und den schweren Elementen vorherzusagen. Professor Schwenk und seine Kollegen hingegen erstellten nun erstmals die Nuklidkarte auf der Basis der ab initio Kerntheorie. Ausgehend von mikroskopischen Zwei- und Drei-Teilchen-Wechselwirkungen lösten sie die Vielteilchen-Schrödinger-Gleichung, um die Eigenschaften von Atomkernen von Helium bis Eisen zu simulieren. Dies gelang durch die Verwendung einer neuen ab initio Vielteilchen-Methode – der In-Medium Similarity Renormalization Group –, kombiniert mit einer Erweiterung, welche teilweise gefüllte Orbitale behandeln kann, um alle Kerne zuverlässig zu bestimmen.
Ausgehend von Zwei- und Drei-Nukleonen-Wechselwirkungen basierend auf der starken Wechselwirkung, der Quantenchromodynamik, berechneten die Forscher die Grundzustandsenergien von fast 700 Isotopen. Die Ergebnisse stimmen mit früheren Messungen überein und dienen als Grundlage für die Bestimmung der Lage der Neutronen- und Protonen-Dripline. Durch Vergleiche mit experimentellen Massenmessungen und eine statistische Analyse konnten auch theoretische Unsicherheiten für die Vorhersagen bestimmt werden, etwa für die Separationsenergien der Atomkerne und so auch für die Wahrscheinlichkeit, dass ein Isotop gebunden ist oder
nicht existiert.
Die neue Studie ist ein Meilenstein im Verständnis, wie die Nuklidkarte und Kernstruktur aus der starken Wechselwirkung entstehen. Dies ist eine Schlüsselfrage des DFG-geförderten Sonderforschungsbereichs 1245 „Atomkerne: Von fundamentalen Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen“ an der TU Darmstadt, im Rahmen dessen die Forschungsarbeit entstand. Als nächstes wollen die Wissenschaftler ihre Berechnungen auf schwerere Elemente ausweiten, um den Input für die Simulation der Synthese schwerer Elemente voranzutreiben. Diese verläuft in neutronenreichen Umgebungen in Richtung der Neutronen-Dripline und findet in der Natur beim Verschmelzen von Neutronensternen oder in extremen Supernovae statt. (TUD/CP)
Zu den größten Meilensteinen in jüngster Zeit zählt die Entwicklung des Südbereichs der Baustelle. Mit den Bauarbeiten dort konnte trotz Corona-Pandemie bereits begonnen werden, nachdem die Vergabe der Aushub- und Rohbauarbeiten für den ersten Abschnitt im Südbereich erfolgt war. Dazu gehören unter anderem der Rohbau für sechs Gebäude und für eine einzigartige Experimentiereinrichtung – den Supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS). Hier wird es um Forschungsfragen zu Kernstruktur und Wechselwirkungen extrem seltener, exotischer Teilchen gehen.
Währenddessen schreiten die Rohbauarbeiten für das Herzstück der künftigen Anlage, den 1,1 Kilometer große Ringbeschleuniger SIS100, kontinuierlich voran; der Erdaushub ist in gesamter Länge erfolgt. Auch das zentrale Kreuzungsbauwerk wächst inzwischen über mehrere Geschosse empor. Es ist das komplexeste Gebäude der Anlage, bis zu 17 Meter tief und 20 Meter hoch und der entscheidende Knotenpunkt für die Anlagenstrahlführung. Die Tiefbauarbeiten sind abgeschlossen, die Hochbauarbeiten sind in vollem Gange.
Außerdem sind die Fundamente und Wände für den CBM-Experimentierplatz errichtet. CBM ist eine der vier großen wissenschaftlichen Säulen der künftigen FAIR-Anlage. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von hochkomprimierter Kernmaterie, wie sie in Neutronensternen und im Kern von Supernova-Explosionen existiert. Bei der zentralen Anbindung der künftigen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR an die bestehende GSI-Anlage ist ebenfalls ein wichtiger Schritt erreicht worden. Planmäßig wurde ein entscheidendes Verbindungsstück per Schwerlasttransport angeliefert. Das 4,5 Tonnen schwere Stahlbauteil wurde mit einem mobilen Kran eingesetzt und sorgt für die Abdichtung beim Anschluss von GSI an FAIR.
Um die neu errichteten Gebäude mit Leben zu füllen, rückt eine weitere, wichtige Aufgabe zunehmend in den Fokus: die Montage der Beschleunigermaschine. Bei der Entwicklung und Fertigung der Hightech-Komponenten für FAIR ist die Serienproduktion in manchem Bereich bereits abgeschlossen, in anderen steht dies bald an. Eine eigens installierte Planungsgruppe wird diese nächste Phase in der Projektrealisierung vorbereiten, während die Beschleunigerstrukturen und Gebäude auf dem FAIR-Baufeld immer mehr an Kontur gewinnen. Auch in Zukunft werden aktuelle Drohnenaufnahmen diese substanziellen Fortschritte begleitet. (BP)
Die kurze Beschleunigungszeit des SIS100 ist ein wesentlicher Unterschied zu anderen supraleitenden Synchrotrons, insbesondere den großen Collider-Synchrotrons, deren Beschleunigungsrampe typischerweise mehrere Minuten dauert. Um dies zu ermöglichen, ist das SIS100 mit einer großen Anzahl von Hochfrequenzbeschleunigungseinrichtungen ausgestattet. Für die Erstausstattung wurden 14 Kavitäten für die Beschleunigung der schweren Ionen vorgesehen und bestellt, im Endausbau werden dazu 20 Kavitäten benötigt. Neben den Hochfrequenzanlagen für die Strahlbeschleunigung verfügt das SIS100 über weitere neun Kavitäten zur Kompression der beschleunigten Ionenpulse und vier weitere spezielle Systeme. Letztere dienen zum einen zur Stabilisierung des Strahls bei hohen Intensitäten, zum anderen auch zur Erzeugung von Hochfrequenzbarrieren, die einen rechteckigen Strahlpuls vor der Extraktion umschließen. Mit dieser Ausstattung von Hochfrequenzanlagen ähneln die Geraden des SIS100 eher einem Linearbeschleuniger als einem Synchrotron.
Die Entwicklung und der Bau der Beschleunigungskavitäten wurde an die Firma RI Research Instruments GmbH vergeben. Nach einer Designphase, in der RI eng mit den Fachkräften der Ring-HF-Abteilung von GSI zusammenarbeitete, folgte die Fertigung und Abnahme des First-of-Series-Systems. Basierend auf den Ergebnissen dieser Aktivitäten startete im Herbst letzten Jahres die Produktion der 13 Seriengeräte, bestehend aus Kavitäten und Leistungsverstärkern. Gleichzeitig wurden die dazu gehörigen Versorgungseinheiten in der Schweiz von RIs Kooperationspartner, der Firma Ampegon Power Electronics AG, heute Teil der Aretè & Cocchi Technology Group, produziert.
Anfang Dezember wurden die letzten Komponenten für das SIS100-Beschleunigungssystem durch RI geliefert. Damit sind nun alle Komponenten der Beschaffung – jeweils 14 Kavitäten und Leistungsverstärker von RI sowie 14 Versorgungseinheiten von Ampegon – bei GSI/FAIR eingetroffen. Zusammen mit der „low level RF“, dem Elektroniksystem zur Steuerung und Synchronisierung, bilden sie das Beschleunigungssystem des SIS100-Synchrotrons, mit dem ein Spitzenwert der Beschleunigungsspannung von insgesamt 280 000 Volt auf den keramischen Gaps der Kavitäten erzeugt werden kann.
Die Produktion und die Abnahmetests wurden Anfang 2020 durch die Coronapandemie vor unerwartete Herausforderungen gestellt, doch dank Schichtarbeit, flexibler Anpassung an die jeweiligen Vorgaben und vor allem enger Kooperation der Teams bei GSI/FAIR, RI und Ampegon konnten die Aktivitäten trotz erschwerter Umstände erfolgreich durchgeführt werden. Neben dem Abschluss der Serienproduktion der supraleitenden Dipolmodule ist damit ein weiterer wichtiger Meilenstein für die Errichtung des SIS100-Synchrotrons erreicht. (CP)
]]>Professor Akito Arima trug als Kernphysiker und Politiker entscheidend zur Entwicklung der Forschungslandschaft in Japan bei und bekleidete über viele Jahre hinweg zahlreiche wichtige Positionen. Während seiner Amtszeit als RIKEN-Präsident fokussierte er sich auf die Intensivierung der internationalen Beziehungen von RIKEN. In dieser Zeit wurde auch die langjährige, erfolgreiche Kooperation von GSI und RIKEN durch seine Unterstützung vertieft.
Neben seiner Arbeit am RIKEN war er auch Präsident der Universität von Tokio, Präsident der Japan Association of National Universities, Bildungsminister und Staatsminister für Wissenschaft und Technologie. Für seine Verdienste erhielt er zahlreiche Preise und Auszeichnungen. Außerdem war Amira Mitglied der American Academy of Arts and Sciences. Neben seinen herausragenden Leistungen in Wissenschaft und Wissenschaftspolitik war Akito Arima auch hoch angesehen für seine Haikus, die traditionelle japanische Poesie. (LW)
Die Promotionsarbeit von Ivan Miskun zum Thema „A Novel Method for the Measurement of Half-Lives and Decay Branching Ratios of Exotic Nuclei with the FRS Ion Catcher“, übersetzt „Eine neue Methode zur Messung von Halbwertszeiten und Zerfallsverzweigungsverhältnissen exotischer Atomkerne mit dem FRS-Ionenfänger“, wurde an der Universität Gießen in der Arbeitsgruppe von Professor Christoph Scheidenberger angefertigt. Das Schlüsselelement dieser neuartigen Anwendung ist eine sogenannte gasgefüllte Stoppzelle, die – das ist die neue Entwicklung – als Ionenfalle mit unterschiedlichen Speicherzeiten für die am GSI-Fragmentseparator FRS produzierten und separierten exotischen Atomkerne genutzt wird.
Die exotischen Kerne werden in der gasgefüllten Stoppzelle des FRS-Ionenfängers abgestoppt und für eine gewisse, variable Zeitdauer im Bereich von wenigen Millisekunden bis zu einigen Sekunden gespeichert. Zerfallen in dieser Zeit die instabilen Kerne in verschiedene Tochternuklide im Grundzustand oder in deren angeregte Niveaus, werden auch diese gespeichert und können anschließend zusammen mit den verbliebenen Mutterkernen mit einem Multireflexions-Flugzeitmassenspektrometer nachgewiesen, identifiziert (durch hochgenaue Bestimmung ihrer jeweiligen Kernbindungsenergie) sowie ihre Intensitätsverhältnisse bestimmt werden. Dabei können auch metastabile angeregte Zustände (Isomere) nachgewiesen und deren Anregungsenergie präzise gemessen werden.
Dass das Verfahren zuverlässig funktioniert, wurde im Rahmen der Dissertation von Dr. Miskun an mehreren bekannten Beispielen überprüft, und weiterführend konnte er das Verzweigungsverhältnis für die energetisch möglichen Zerfallskanäle bestimmen. Mit dieser neuartigen Methode lässt sich eine Vielzahl von Daten ermitteln, die in astrophysikalischen Nukleosyntheseprozesse eine Rolle spielen, speziell im r-Prozess, bei dem durch schnelle Neutroneneinfangsreaktionen in Supernova-Explosionen oder Neutronensternverschmelzungen in wenigen Sekunden alle Elemente oberhalb von Eisen bis hin zu den schwersten chemischen Elemente gebildet werden.
Mit 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.
Der FAIR-GSI PhD Award wird jährlich für die beste 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. (CP)
]]>Mit dem Visiting-Scientist-Fellowship for Associate Professors wird Danyal Winters innerhalb der Jahre 2021-2022 am Institute of Modern Physics (IMP, Lanzhou) in der Arbeitsgruppe von Professor Xinwen Ma forschen können. Die prestigeträchtige Auszeichnung im Rahmen der „President's International Fellowship Initiative“ (PIFI) der Chinese Academy of Sciences (CAS) ist ein spezielles Förderprogramm, um talentierten ausländischen Forschenden den wissenschaftlichen Austausch und die Forschungszusammenarbeit vor Ort zu ermöglichen.
Danyal Winters ist der stellvertretende Leiter der Abteilung Speicherringe bei GSI und FAIR, Arbeitspaketleiter „SIS100 laser cooling pilot facility“ und Arbeitsgruppenkoordinator „laser cooling“ der SPARC-Kollaboration (APPA). Am IMP wird er seine Forschung auf dem Gebiet der Laserkühlung und Fluoreszenzdiagnose von gespeicherten relativistischen Ionen am Cooler Storage Ring (CSRe) erweitern. Hierbei nutzt er neue Detektor- und Lasersysteme, die in der langjährigen Zusammenarbeit zwischen IMP und GSI gemeinsam mit anderen Gruppen an deutschen Universitäten (Darmstadt, Dresden, Münster) entwickelt wurden. Auch das FAIR-Projekt wird durch diesen Forschungsaustausch gestärkt: Weiterentwicklungen bei der Laserkühlung sind bedeutend für den FAIR-Beschleuniger SIS100 und die SPARC-Kollaboration, bei der auch die chinesischen Forschenden aktive Mitglieder sind. (LW)
]]>Die Tschechische Republik ist als Partnerstaat direkt mit dem FAIR-Projekt verbunden und war im Frühjahr 2019 als „Aspirant Partner“ beigetreten. Die Partnerschaft konnte damals bereits auf eine langjährig bestehende, sehr gute Zusammenarbeit von tschechischen Forschungseinrichtungen und GSI/FAIR aufbauen. Tschechische Forschende sind beispielsweise beim Großdetektor HADES beteiligt sowie in der nuklearen Astrophysik und sind in allen vier Forschungssäulen aktiv, so auch bei CBM. Hier leisten sie einen bedeutenden Beitrag zur Forschung, Entwicklung und Konstruktion des PSD-Detektors (Projectile Spectator Detector), der Teil des CBM-Experimentaufbaus ist.
Das CBM-Experiment (Compressed Baryonic Matter) ist eines der Schlüsselexperimente an FAIR und hat zum Ziel, das QCD-Phasendiagramm im Bereich hoher Baryonendichten zu erforschen. Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von hochkomprimierter Kernmaterie, wie sie in Neutronensternen und im Kern von Supernova-Explosionen existiert, mit nie dagewesener Präzision und über einen sehr weiten Dichtebereich. Der Projectile Spectator Detector (PSD) dient beim CBM-Experiment zur Messung der Geometrie von Schwerionenkollisionen. Die nun gelieferte Komponente, der Manipulator, ist der bewegliche Teil dieses Detektors.
Der Detektor wird Teilchen aus der Wechselwirkung von relativistischen schweren Ionen mit einem Target aufspüren können. Dafür wird er in einem Abstand von etwa acht bis zwölf Metern vom Interaktionspunkt aus um das Strahlrohr herum angeordnet. Da das Strahlrohr beweglich ist, muss auch der Detektor in mehreren Richtungen beweglich sein und sich im Bereich von mehreren Grad drehen können. Das Gewicht des PSD beträgt etwa 25 Tonnen, daher war es eine besondere Herausforderung, einen entsprechenden Stützrahmen, den PSD-Manipulator, zu konstruieren und zu bauen.
Das tschechische Team hat diese komplexe Anforderung erfolgreich erfüllt. Der Manipulator ermöglicht nun eine horizontale und vertikale Bewegung mit einer Präzision im Millimeterbereich sowie die Rotation des gesamten PSD-Detektors. Nach seiner Installation wird der Manipulator rund 25 Tonnen an Kalorimeter-Messmodulen unterstützen können. Nach dem nun erfolgten erfolgreichen Tests wird das Detektorteil bis zur Installation im CBM-Cave bei GSI/FAIR gelagert. (BP)
]]>Mit der Veröffentlichung „Unveiling the strong interaction among hadrons at the LHC" legt die ALICE Kollaboration interessante neue Erkenntnisse rund um das Thema ‚Hadronen und ihre Wechselwirkungen‘ vor. Hadronen sind aus zwei oder drei Quarks zusammengesetzte Teilchen, die durch die starke Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen gebunden werden. Diese Wechselwirkung besteht auch zwischen Hadronen und bindet Nukleonen (Protonen und Neutronen) im Inneren von Atomkernen aneinander. Eine der größten Herausforderungen in der heutigen Kernphysik ist das Verständnis der starken Wechselwirkung zwischen Hadronen mit unterschiedlichem Quarkgehalt, ausgehend von der starken Wechselwirkung zwischen den Hadronen-Konstituenten Quarks und Gluonen.
Lattice-QCD (Quantenchromodynamik)-Berechnungen können verwendet werden, um die Wechselwirkung direkt aus den grundliegenden physikalischen Gesetzen heraus zu bestimmen. Jedoch liefern diese Berechnungen zuverlässige Vorhersagen nur für Hadronen, die schwere Quarks enthalten, wie beispielsweise Hyperonen, die ein oder mehrere Strange-Quarks besitzen. In der Vergangenheit wurden diese Wechselwirkungen durch Kollisionen von Hadronen in Streuexperimenten untersucht, aber diese Experimente sind schwierig mit instabilen, also schnell zerfallenden Hadronen wie Hyperonen durchzuführen. Genau diese Problematik hat bisher einen aussagekräftigen Vergleich zwischen Messungen und Theorie für Hadron-Hadron-Wechselwirkungen mit Hyperonen verhindert.
Die neue Studie der ALICE-Kollaboration rückt die Messung der Impuls-Korrelationen zwischen Hadronen, die bei Proton-Proton-Kollisionen am LHC erzeugt werden, in den Fokus. Sie zeigt, dass die darauf basierende Technik die Dynamik der starken Wechselwirkung zwischen Hyperonen und Nukleonen ans Licht bringen kann, und zwar potenziell für jedes beliebige Hadronenpaar. Die Technik wird Femtoskopie genannt, weil sie die Untersuchung von räumlichen Skalen nahe 1 Femtometer (10−15 Meter) erlaubt – was etwa der Größe eines Hadrons entspricht und auch der Reichweite der Starken Kraft.
Diese Methode hat es dem ALICE-Team bereits früher ermöglicht, Wechselwirkungen mit Lambda (Λ)- und Sigma (Σ)-Hyperonen, die ein Strange-Quark plus zwei leichte Quarks enthalten, sowie mit dem Xi (Ξ)-Hyperon, das aus zwei Strange-Quarks plus einem leichten Quark besteht, zu untersuchen. In der neuen Studie nutzte das Team die Technik, um mit hoher Präzision die Wechselwirkung zwischen einem Proton und dem seltensten der Hyperonen, dem Omega (Ω)-Hyperon, das drei Strange-Quarks enthält, zu bestimmen.
„Die erhaltene Genauigkeit der Bestimmung der starken Wechselwirkung für alle Arten von Hyperonen war unerwartet", sagt ALICE-Physikerin Laura Fabbietti, Professorin an der Technischen Universität München. „Dies lässt sich durch drei Faktoren erklären: die Tatsache, dass der LHC Hadronen mit Strange-Quarks in großen Mengen erzeugen kann, die Sensitivität der Femtoskopie-Technik auf den kurzreichweitigen Teil der starken Wechselwirkung, und schließlich die hervorragenden Messgenauigkeiten, die mit dem ALICE-Detektor bei der Teilchenidentifizierung und Impulsmessung erreicht werden.“
Kernphysiker Professor Peter Braun-Munzinger, wissenschaftlicher Direktor des ExtreMe Matter Instituts EMMI bei GSI und langjähriger Vorsitzender des Collaboration Boards von ALICE, ist in die aktuellen Untersuchungen maßgeblich involviert. Er unterstreicht ebenfalls die Bedeutung der nun veröffentlichten Forschung: „Unsere Erkenntnisse öffnen wirklich die Tür zu einem neuen Kapitel in der Hadronenphysik, und mit der um den Faktor 100 erhöhten Statistik für Run3 und Run4 am LHC werden viele neue Untersuchungen möglich sein.“
Die Verbindung zwischen GSI und ALICE ist traditionell sehr eng: Die Forschungsabteilung ALICE von GSI ist mitverantwortlich für den Betrieb der zwei größten Detektorsysteme von ALICE. Die Zeitprojektionskammer (TPC) und der Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) wurden unter wesentlicher Beteiligung von GSI-Mitarbeitenden der ALICE-Abteilung und des Detektorlabors entwickelt und aufgebaut. Aktuell leistet GSI einen maßgeblichen Beitrag zum ALICE-Upgrade-Programm, insbesondere im TPC-Projekt und bei der Entwicklung des neuen Online-Offline(O2)-Software-Frameworks. Dazu arbeiten die ALICE-Abteilung, das Detektorlabor und die IT-Abteilung eng zusammen. GSI-Wissenschaftler*innen haben diverse führende Rollen in der Datenanalyse und im Physikprogramm von ALICE. Die GSI-Wissenschaftlerin und Professorin an der Universität Heidelberg, Silvia Masciocchi, ist derzeit Vorsitzende des ALICE Collaboration Boards.
„Unsere neue Messung ermöglicht einen Vergleich mit Vorhersagen aus Lattice-QCD-Berechnungen und bietet eine solide Basis für weitere theoretische Arbeiten“, sagt ALICE-Sprecher Dr. Luciano Musa. „Die Daten der nächsten LHC-Strahlzeiten sollten uns Zugang zum Verständnis der Wechselwirkung zwischen beliebigen Hadronenpaaren ermöglichen.“ Er betont abschließend: „ALICE hat einen neuen Weg für die Hadronenphysik am LHC eröffnet – einen Weg, der alle Arten von Quarks umfasst." (CERN/BP)
Das ALICE-Experiment am CERN (Englisch)
ALICE bei GSI (Englisch)
]]>Er war ein renommierter Forscher auf den Gebieten der Wärmephysik, Stoßwellen und Plasmaphysik mit besonderem Schwerpunkt auf der Energieerzeugung. Als solcher bekleidete er viele wichtige Positionen in Russland, beispielsweise als Direktor des Instituts für Hochtemperaturphysik, Forschungsminister sowie Mitglied und Präsident der Russischen Akademie der Wissenschaften. Gleichzeitig förderte er die internationalen Beziehungen und erhielt viele internationale Preise und Anerkennungen. Für seine Verdienste um die Partnerschaft mit deutschen Universitäten, der Max-Planck-Gesellschaft und der Helmholtz-Gemeinschaft erhielt er unter anderem 2006 das Bundesverdienstkreuz der Bundesrepublik Deutschland. Zu den Ehrendoktoraten, die er erhielt, gehörte auch eines der Universität Frankfurt. Trotz seiner Arbeitsbelastung war er ein regelmäßiger Besucher und Förderer von GSI/FAIR und war lange Zeit in deren Gremien tätig.
Vladimir Fortov war eine Schlüsselfigur auf unserem wissenschaftlichen Gebiet, ein warmherziger und zuverlässiger Partner für GSI/FAIR und ein guter Freund. Wir werden ihn sehr vermissen! (GSI/FAIR)
]]>Die gute Zusammenarbeit zwischen GSI und JINR blickt auf eine lange Tradition zurück und umfasst sowohl Bereiche aus Wissenschaft und Technologie an den existierenden Beschleuniger- und Experimentieranlagen beider Partner als auch Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für die Beschleunigerzentren FAIR und NICA, die derzeit in Darmstadt bei GSI und in Dubna am JINR entstehen. Die neue Schule soll inhaltlich die aktuellen und zukünftigen wissenschaftlichen Programme abdecken und wendet sich mit ihrem hochkarätigen Angebot an junge Teilnehmende aus allen Mitgliedsstaaten von GSI/FAIR und JINR/NICA.
Die Schule wird abwechselnd einmal im Jahr für einen Zeitraum von 10 bis 14 Tagen in Deutschland oder Russland beziehungsweise einem der FAIR- oder JINR-Mitgliedstaaten organisiert. Sie bietet 40 bis 50 Promovierenden die einmalige Chance, in die Forschungsgebiete und Technologie-Entwicklungen an FAIR/GSI und JINR einzutauchen, insbesondere in die Themen Hadronen- und Kernphysik, Atomphysik, Plasmaphysik, Materialforschung, Biophysik und Strahlenmedizin, Beschleunigerphysik, Detektor-Forschung und -Entwicklung, Mikro-/Nanoelektronik, Informationstechnologie und Hochleistungsrechnen und anderes. Auf diese Weise lernen die jungen Forschenden die ganze wissenschaftliche und technologische Bandbreite der an FAIR/GSI und JINR verfolgten Forschung kennen.
Professor Paolo Giubellino zeigte sich begeistert von der neuen Kooperation und unterstrich die Wichtigkeit der wissenschaftlichen Ausbildung: „Die Schule wird hervorragende Möglichkeiten bieten und vielversprechende neue Perspektiven eröffnen. Das ist essentiell. Denn die Studierenden von heute sind die FAIR-Forschenden von morgen. Mit unserem neuen Angebot gewinnen wir die Wissenschaftler*innen der Zukunft. Zudem wird mit damit die enge und sehr gute Zusammenarbeit zwischen den beiden Instituten In Darmstadt und Dubna noch weiter verstärkt.“
Die „International FAIR/GSI-JINR School“ profitiert dabei von den Erfahrungen beider Institutionen mit solchen Angeboten, beispielsweise die „joint Helmholtz-Rosatom Schools dedicated to FAIR physics“ und mehreren „International FAIR-Schools“. Das neue Projekt wird herausragende junge Studierende zusammenzubringen und sie mit der FAIR/GSI- und JINR-Forschung und -Technologien vertraut zu machen. Wie die Erfahrungen aus den bestehenden Angeboten zeigen, wird von den Studierenden und Dozierenden vor allem diese multidisziplinäre Struktur sehr geschätzt.
Die internationale FAIR/GSI-JINR-Schule kombiniert dabei exzellente pädagogische Vorträge von internationalen GSI-, FAIR- und JINR-Expertinnen und -Experten mit Workshops, in denen die Studierenden in Anwesenheit der Betreuenden Probleme lösen und Projekte in Angriff nehmen. Die Studierenden werden auf der Grundlage individueller Bewerbungen und Empfehlungsschreiben ihrer jeweiligen Betreuungspersonen ausgewählt. Dabei wird auch auf einen guten Nationalitätenmix geachtet, um die internationale Zusammenarbeit konsequent zu fördern. Geplant ist ein Angebot für Promovierende, die in kleinen Gruppen mit direktem Feedback durch die Betreuungspersonen konzentriert Erfahrungen sammeln können und einen Überblick weit über ihren eigenen Forschungsbereich hinaus erhalten.
Professor Giubellino betonte: „Dies, zusammen mit der sehr offenen Diskussionskultur der Veranstaltung, führt zu einem regen Austausch über die Grenzen von Forschungsgruppen, Disziplinen und Ländern hinweg. Wir fördern gemeinsam neue Talente, bringen junge Menschen aus der ganzen Welt zusammen und gehen auch in COVID-Zeiten gezielt voran, um die Zukunft zu gestalten.“
In ihrer Vereinbarung unterstreichen die beiden Partnerinstitutionen: „Gerade im heutigen Umfeld einer immer globaler werdenden Welt wird die Kompetenz zur Diskussion, Zusammenarbeit und Kooperation in internationalen Teams immer wichtiger. Die Gemeinschaft der Forschenden stand schon immer an vorderster Front der globalen Partnerschaft und wird dies auch weiterhin tun.“ Dazu wird die „International Joint FAIR/GSI-JINR School“ einen wichtigen Beitrag leisten. (BP)
]]>Zum Auftakt wird Professor Thomas Walther von der Technischen Universität Darmstadt mit seinem Vortrag „Das ‚Quanten‘ in Quantenkryptographie – na und?“ über die Verwendung quantenmechanischer Effekte als Bestandteil kryptographischer Verfahren berichten. Weitere Vorträge im ersten Halbjahr 2021 stehen dann ganz im Zeichen des Weltraums: Astronaut Thomas Reiter (ESA) wird über die Erforschung des Weltalls referieren. Und nicht nur das „Universum im Labor“ in den Experimenten an FAIR, GSI und bei ALICE am Forschungszentrum CERN, sondern auch der Mond und die Gravitationswellen werden zum Thema. Ein kleiner thematischer Ausflug führt in die Kälte und zur Supraleitung an den Beschleunigermagneten von FAIR.
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)
Webseite der Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle"
Der PhD-Preis wird alle zwei Jahre von der PANDA-Kollaboration für die beste Theorie-Dissertation im Zusammenhang mit dem PANDA-Physikprogramm verliehen. PANDA ist eines der Schlüsselexperimente am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, im Mittelpunkt stehen die Forschung mit Antimaterie sowie verschiedenen Themen rund um die schwache und die starke Kraft, exotische Zustände von Materie und die Struktur von Hadronen. In der Kollaboration arbeiten mehr als 450 Wissenschaftler aus 18 Ländern zusammen. Dr. Woss beschäftigte sich in seiner Dissertation mit Lattice QCD Rechnungen zu Eigenschaften und Dynamik hadronischer Resonanzen, einem wichtigen Bestandteil des PANDA-Physikprogramms.
Kandidaten und Kandidatinnen für den PhD-Preis werden von ihrer jeweiligen wissenschaftlichen Gruppenleitung nominiert, Voraussetzung ist neben einem direkten Bezug zur PANDA-Forschung die Bewertung der Promotion mit mindestens „sehr gut“. Bis zu drei Kandidaten und Kandidatinnen kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem Theorie PhD-Preis möchte die PANDA-Kollaboration die Beiträge von Studierenden und die Wichtigkeit theoretischer Studien zum PANDA-Projekt besonders würdigen. (BP)
]]>30 Wissenschaftsstandorte, darunter auch GSI und FAIR, haben sich zum Netzwerk Teilchenwelt zusammengeschlossen. Zum diesjährigen zehnten Geburtstag des Netzwerks bündelten die beteiligten Forschungseinrichtungen besonders viele Veranstaltungen und stellten die ganze Bandbreite der Forschung vor – vom Higgs-Teilchen über Neutrinos bis zu Schwarzen Löchern und Supernovae als gigantischen Teilchenschleudern.
Auch GSI und FAIR beteiligten sich am 5. und 6. November an einer Online-Masterclass zur Auswertung von Messdaten aus Teilchenkollisionen des ALICE-Experiments. An der virtuellen Veranstaltung nahmen sieben Schüler*innen der AG MINT-Zentrum am Schuldorf Bergstraße teil. Neben der Datenauswertung gehörten auch ein Austausch mit anderen Masterclass-Gruppen per Videokonferenz sowie eine virtuelle Führung durch den ALICE-Aufbau zum Programm. ALICE ist eins der vier Großexperimente des CERN und beschäftigt sich insbesondere mit Schwerionenstößen von Bleiatomkernen. Von Anfang an war GSI beim Aufbau und Betrieb von ALICE maßgeblich beteiligt.
Im Netzwerk Teilchenwelt sind etwa 200 Forscherinnen und Forscher aktiv. Sie haben sich vorgenommen, vor allem Jugendliche und Lehrkräfte mit ihrer Begeisterung für Teilchenphysik anzustecken und sie für MINT-Fächer zu begeistern. Dazu bieten sie das ganze Jahr über Projekttage in Schulen, Schülerlaboren oder Museen an. Die Jugendlichen können als Teilchenphysiker*innen für einen Tag echte Daten vom CERN auswerten, Teilchen aus dem Weltall nachspüren oder mit Wissenschaftler*innen über die Entstehung und den Aufbau des Universums diskutieren. Workshops und Projektwochen für besonders interessierte Schüler*innen finden am CERN in Genf sowie an Forschungseinrichtungen in Deutschland statt.
Die Woche der Teilchenwelt gehört zum Jubiläumsprogramm der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG). Die weltweit größte physikalische Fachgesellschaft ist Schirmherrin von Netzwerk Teilchenwelt und blickt in diesem Jahr auf ihr 175-jähriges Wirken zurück. Die Woche der Teilchenwelt wird unterstützt von der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung.
„Netzwerk Teilchenwelt“ wird im Rahmen des Projekts KONTAKT (Kommunikation, Nachwuchsgewinnung und Teilhabe der Allgemeinheit an Erkenntnissen auf dem Gebiet der kleinsten Teilchen) vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Die Projektleitung ist an der TU Dresden. (Netzwerk Teilchenwelt/CP)
In ihrer Dissertation am DKFZ Heidelberg hat Dr. Alina Bendinger verschiedene Bildgebungsverfahren etabliert, um den Status der Sauerstoffversorgung in experimentellen Tumoren zu charakterisieren und deren Reaktion auf Bestrahlung mit Kohlenstoffionen im Vergleich zu Photonen zu quantifizieren. Die Sauerstoffversorgung von Tumoren ist von großer Bedeutung, da eine Sauerstoffunterversorgung, wie sie oft in Tumoren vorherrscht, den Krebs gegen Strahlentherapie resistent macht. Dr. Bendinger hat dabei entscheidende methodische Weiterentwicklungen geleistet. So hat sie für die fotoakustische Bildgebung die Auswertung von einem zweidimensionalen zu einem dreidimensionalen Verfahren erweitert. Damit kann die Heterogenität der Sauerstoffversorgung in Tumoren wesentlich besser dargestellt werden. Darüber hinaus hat sie ein neues Verfahren zur Verbesserung der dynamischen, kontrastmittelverstärkten Magnetresonanztomografie entwickelt und dieses mit umfangreichen Simulationen validiert. Die mit den neuen Bildgebungsmethoden erhaltenen Ergebnisse wurden darüber hinaus mit Hilfe von umfangreichen histologischen Untersuchungen überprüft.
Dr. Giorgia Meschini hat in ihrer Doktorarbeit ausgeklügelte, modellbasierte Strategien zur Analyse von atmungsinduzierten Bewegungen in der Partikeltherapie entwickelt. Diese Bewegungen können zu unerwünschten Verzerrungen der Dosisverteilung führen, die in der Bestrahlungsplanung berücksichtigt und ggf. durch geeignete Maßnahmen kompensiert werden müssen. Dazu hat Dr. Meschini das zeitaufgelöste 4D-Magnetresonanztomographie-Verfahren (4D-MRT) genutzt, um die Bewegungsinformation über ein spezielles Verfahren in virtuelle 4D-Computertomographie-Daten (4D-CT) zu konvertieren. Das 4D-CT ist Grundlage zur präzisen Bestimmung der Reichweite von Ionenstrahlen im Körper während der verschiedenen Atmungs- beziehungsweise Bewegungsphasen. Weiterhin hat sie Modellierungsansätze entwickelt, die die Abschätzung der Atembewegung auch zu Zeitpunkten ermöglicht, die nicht explizit durch die Bildgebungsverfahren erfasst werden. Dies erlaubt insbesondere auch die Analyse von irregulären Atmungsverläufen. Schließlich hat Dr. Meschini mit diesen Ansätzen auch die Auswirkungen der Atembewegung auf die Dosisverteilung untersucht und eine verbesserte Definition des Zielvolumens vorgeschlagen, die zu einer größeren Robustheit von Bestrahlungsplänen gegenüber Bewegungsartefakten führt.
Das Preisgeld beträgt jeweils 1500 Euro. Die Nachwuchsförderung auf dem Gebiet der Tumortherapie mit Ionenstrahlen hat inzwischen eine langjährige Kontinuität, bereits zum 22. Mal wurde der Preis vergeben, der nach Professor Christoph Schmelzer benannt ist, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. 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.
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. (BP)
Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.
]]>Die Teilnehmenden wohnten dieses Jahr an vier Terminen den Vorträgen von „Saturday Morning Physics“ per Videokonferenz bei. Am heutigen Samstag hatten sie die Gelegenheit, die Anlagen und die Forschung von GSI kennenzulernen, sowie einen Einblick in den Bau von Komponenten und Gebäuden für die zukünftige internationale Forschungsanlage FAIR zu erhalten. Nach einem kurzen Einführungsvortrag ging es auf eine geführte Videotour in den Linearbeschleuniger UNILAC, den Hauptkontrollraum, das Schwerionensynchrotron SIS18, den Speicherring ESR, die Tumortherapie sowie das Großexperiment HADES. Ebenfalls stand ein virtueller Besuch in der Testanlage für supraleitende FAIR-Magnete sowie auf der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle an. Ein Drohnenflug über das Baufeld rundete die Veranstaltung ab. Fragen und Bemerkungen konnten über eine Chatfunktion eingereicht und live beantwortet werden, was regen Zuspruch von Seite der Schüler*innen erhielt.
Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schüler*innen Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Wer an allen Veranstaltungen teilnimmt, erhält das „Saturday-Morning-Physics“-Diplom. GSI und später auch FAIR zählen bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den Sponsoren und Unterstützern des Projektes. (CP)
Dr. Jan Rothhardt beschäftigte sich intensiv mit Anwendungen dieser Lasersysteme und konnte sowohl rechnerisch zeigen als auch experimentell erstmals demonstrieren, dass eine effiziente Konversion in den XUV-Spektralbereich auch mit Hochleistungslasern hoher Pulsfolgefrequenz möglich ist. Die von ihm entwickelten XUV-Quellen konnte er bereits erfolgreich für hochauflösende linsenlose Bildgebungsverfahren einsetzen – neben Anwendungen in der Nanotechnologie sollen diese Verfahren in Zukunft auch ultraschnelle Prozesse auf der Nanoskala, die Grundlage zukünftiger Datenspeicher sind, verfolgen können.
Des Weiteren werden die neuen XUV-Quellen weltweit einzigartige Laserspektroskopie-Experimente an Schwerionenspeicherringen ermöglichen. Quanten-Elektrodynamik (QED), relativistische Effekte, aber auch Kerneigenschaften und ultra-schnelle Prozesse stehen im Zentrum dieser interdisziplinären Experimente. Erste Pionierexperimente konnten am CRYRING in Darmstadt bereits realisiert werden. CRYRING ist einer der Speicherringe im einzigartigen Portfolio von Fallen und Speicheranlagen für schwere Ionen des zukünftigen Beschleunigerzentrums FAIR, das derzeit bei GSI entsteht.
Dr. Rothhardt studierte Physik in Jena und promovierte im Jahr 2011. Der international renommierte Laserphysiker leitet seit 2014 eine Nachwuchsgruppe am Helmholtz-Institut Jena und ist Autor-und Co-Autor von fast 70 Publikationen in wissenschaftlichen Zeitschriften. Für seine Vorlesungen und Seminare an der Friedrich-Schiller-Universität Jena erhält er regelmäßig exzellente Bewertungen der Studierenden. Daneben engagiert er sich mit einer speziellen Experimentalvorlesung an Gymnasien dafür, Schüler*innen für die Lasertechnik zu begeistern.
Im Andenken an den Nobelpreisträger Wilhelm Conrad Röntgen, der von 1879 bis 1888 als Professor in Gießen tätig war, verleiht die Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) seit 1960 den renommierten Röntgenpreis. Dotiert ist er mit einem Preisgeld in Höhe von 15.000 Euro, das die Firma Pfeiffer Vacuum und die Ludwig-Schunk-Stiftung gemeinsam stiften. In diesem Jahr wird es erstmals einen Preis „zum Anfassen“ geben: Die JLU und die Stifter haben aus Anlass des Röntgen-Jahres eine Miniatur des bekannten Gießener Röntgendenkmals anfertigen lassen.
Die JLU gibt den mit dem Röntgenpreis ausgezeichneten Personen traditionell die Gelegenheit, ihr Forschungsgebiet im Rahmen einer öffentlichen Vortragsveranstaltung am Vorabend des Akademischen Festakts vorzustellen. Wegen der Corona-Pandemie wird der Preisträger in diesem Jahr nicht nach Gießen anreisen. Der Röntgenvortrag mit dem Titel „Hochauflösende linsenlose Mikroskopie mit extrem ultravioletter Strahlung" findet am Donnerstag, 26. November 2020, als Webex-Stream statt. Beim digitalen Akademischen Festakt am darauffolgenden Freitag, 27. November, wird Dr. Rothhardt per Video zugeschaltet. (BP)
Röntgenvortrag (digital): Donnerstag, 26. November 2020, 18 Uhr per Webex Meeting-Kennnummer/Zugriffscode: 174 043 9232, Meeting Passwort: uvUbY3Fqz53
Akademischer Festakt mit Preisverleihung (digital): Freitag, 27. November 2020, 10.30 Uhr im Livestream
]]>Weniger als eine Picosekunde (eine Billionstel Sekunde) lang beleuchtet der PHELIX-Laser mit seinem hochintensiven Lichtpuls eine hauchdünne Goldfolie. Das reicht, um rund eine Billion nur leicht an das Gold gebundene Wasserstoffkerne (Protonen) von der Oberfläche der Rückseite der Folie hinauszuschleudern und sie auf hohe Energien zu beschleunigen. „So viele Protonen in einer so kurzen Zeitspanne lassen sich mit herkömmlichen Beschleunigungstechniken nicht erreichen“, erklärt Pascal Boller, der in der GSI-Forschungsabteilung Plasmaphysik/PHELIX im Rahmen seiner Abschlussarbeit an der Laserbeschleunigung forscht. „Mit dieser Technik lassen sich daher völlig neue Forschungsgebiete erschließen, auf die wir vorher keinen Zugriff hatten.“
Dazu gehört unter anderem die Erzeugung von Spaltungsreaktionen, auch Fission genannt. Zu diesem Zweck lassen die Forschenden die frisch erzeugten schnellen Protonen auf Uran-Materialproben prasseln. Uran wurde aufgrund seines großen Reaktionsquerschnitts und der Verfügbarkeit von veröffentlichten Daten für Benchmarking-Zwecke als Fallstudienmaterial ausgewählt. Die Proben müssen dicht an der Protonenerzeugung stehen, um eine maximale Ausbeute an Reaktionen zu garantieren. Die durch den PHELIX-Laser erzeugten Protonen sind schnell genug um die Fission der Urankerne in kleinere Spaltprodukte herbeizuführen, die im Anschluss identifiziert und vermessen werden sollen. Allerdings hat der Laseraufprall unerwünschte Nebenwirkungen: Er erzeugt einen starken elektromagnetischen Puls und einen Blitz aus Gammastrahlen, der die empfindlichen Messinstrumente für die Detektion stört.
An dieser Stelle kommt den Forschern die Expertise einer anderen GSI-Forschungsgruppe zu Hilfe. Zur chemischen Untersuchung von superschweren Elementen ist schon länger ein Transportsystem im Einsatz, das die gewünschten Teilchen über längere Strecken vom Reaktionsort zum Detektor bringen kann. Die Reaktionskammer wird von einem Gas durchflossen, das – im Fall der Fissions-Experimente - die Spaltprodukte mitnimmt und in nur wenigen Sekunden über kleine Plastikröhrchen zu den nun mehrere Meter entfernten Messapparaturen transportiert. So kann Erzeugung und Messung räumlich getrennt und die Störung verhindert werden.
Erstmals gelang es in den Experimenten, die beiden Techniken zu verbinden und dabei verschiedene Caesium-, Xenon- und Iod-Isotope durch die Uran-Fission zu erzeugen, zuverlässig über die Aussendung von Gammastrahlung zu identifizieren und ihre kurzen Lebensdauern zu beobachten. Damit steht nun eine Methodik zur Verfügung, um Spaltungsreaktionen in hochdichter Materie im Plasmazustand zu untersuchen. Vergleichbare Gegebenheiten finden sich beispielsweise im Weltall im Inneren von Sternen, Sternexplosionen oder Neutronensternverschmelzungen. „Die Reaktionsvorgänge von Kernen zu verstehen, die im Plasma miteinander interagieren, kann uns Einblicke in die Entstehung von Atomkernen, die sogenannte Nukleosynthese, in unserem Universum ermöglichen. Nukleosynthese-Vorgänge wie s-Prozess oder r-Prozess spielen sich in genau solchen Medien ab“, erläutert Boller. „Welche Rolle Fissionsreaktionen in diesen Prozessen spielen, ist noch nicht im Detail erforscht. Hier können die laserbeschleunigten Protonen neue Informationen liefern.“
Weitere Messungen mit der Methodik sind sowohl für zukünftige Experimentierzeiten des PHELIX-Lasers bei GSI als auch an anderen Forschungzentren der Welt geplant. Die Untersuchung hoch verdichteter Materie mit Ionen- und Laserstrahlen wird auch eines der Themen sein, die an der zukünftigen Forschungsanlage FAIR weiterverfolgt werden. FAIR wird momentan in internationaler Kooperation bei GSI errichtet. Unter dem Motto „Das Universum im Labor“ sollen auch dort Zustände, wie sie in astrophysikalischen Umgebungen auftreten, auf der Erde nachvollzogen und so das Wissen über unseren Kosmos erweitert werden. (CP)
Zurzeit sind im Rahmen der Aktion „Deine Geschichte zählt – Briefe gegen Gewalt an Frauen“ an verschiedenen Orten im Landkreis Darmstadt-Dieburg symbolische Schreibtische zu sehen. Sie ermuntern alle Menschen, die Erfahrungen mit Gewalt an Frauen und Mädchen gemacht haben, ihre Geschichte aufzuschreiben. Auch auf dem Campus von GSI und FAIR steht ein Schreibtisch mit Briefkasten. „Wir wollen das Bewusstsein schaffen, dass Gewalt gegen Frauen überall und zu jeder Zeit passiert und dass hinter jedem Gewalterlebnis eine Geschichte und damit auch ein Schicksal steht. Der Schreibtisch soll Aufmerksamkeit erregen und den Blick auch für alltägliche Aggression und Gewalt schärfen,“ so das Gleichstellungsgremium von GSI und FAIR.
Die Aktion wird von Frauen helfen Frauen e.V., dem Frauenwohnheim Notwaende und „Mäander - individuelle Jugendhilfe“ getragen. Inspiriert wurde das Projekt durch die Aktion „Cartas de Mujeres“ aus Quito in Ecuador, bei der sich viele tausend Frauen mit Briefen und Nachrichten an die Politik wandten. Die Briefe, die an den Schreibtischen in Darmstadt-Dieburg eingehen, werden streng vertraulich behandelt und nur von Mitarbeiterinnen der Projektkooperation gelesen und ausgewertet. Zum Frauentag 2021 sollen die Ergebnisse mit Kunstaktionen in den öffentlichen Raum gebracht werden. Ideen und Forderungen an die Politik sollen an die politischen Gremien vor Ort übergeben werden. Ziel ist es, mit der Kampagne „Deine Geschichte zählt“ möglichst viele Menschen zu erreichen und Veränderungen anzustoßen. (LW)
Behandlungspläne für die Strahlentherapie werden mit spezieller Software berechnet. Zur Verifikation der Pläne nutzt man sogenannte Phantome. Diese können einfach aus Wasser bestehen oder sind präparierte Zellkulturen, die unter den gleichen Bedingungen bestrahlt werden, unter denen auch die Therapie am Menschen ablaufen soll. Im Anschluss überprüft man, wie viele der Zellen in den Kulturen an welchen Stellen überlebt haben. Daran lässt sich ablesen, ob der Behandlungsplan bestmöglich optimiert ist. In der Forschung sind sie insbesondere relevant, um neue Strategien oder Optimierungen für die Bestrahlungsplanung zu testen, bevor sie in der klinischen Umgebung angewendet werden. Bisher waren dabei Phantome aus einlagigen Zellkulturen (Monolayer) im Einsatz. Die neue Technik ermöglicht es, dreidimensionale Zellvolumina zu bestrahlen.
„Anstatt die Zellen flächig wachsen zu lassen, bauen wir sie in dreidimensionale Behälter ein. Dazu nutzen wir Mikrotiterplatten, ein Standardzubehör aus dem Laborbedarf, mit 96 Wells – das sind die kleinen Vertiefungen, die auf den Platten sind“, erklärt Dea Aulia Kartini, die das Experiment leitet. „Sie werden erst mit einer Schicht aus einer Substanz namens Matrigel, dann mit einer Mischung aus Zellkultur und Matrigel, und dann wieder mit einer weiteren Schicht Matrigel gefüllt und verschlossen. So stellen wir sicher, dass sich im Inneren wirklich ein Volumen aus Zellen befindet.“ Kartini, die ursprünglich aus Indonesien stammt und in Thailand studiert, schreibt gerade an ihrer Doktorarbeit und ist bereits zum dritten Mal im Rahmen des GET_INvolved-Programms bei GSI und FAIR. Das Programm fördert den internationalen Austausch für Studierende und Forschende und unterstützt ihre Ausbildung und Karriere.
„Unsere Untersuchungen zeigen, dass die neuen Phantome einwandfrei funktionieren und in Zukunft die Verifikation der Behandlungspläne verbessern könnten“, so Kartini. Weitere Experimente mit 3D-Phantomen sind in naher Zukunft sowohl bei GSI als auch in Kooperation mit dem Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum MIT geplant.
Auf der Veröffentlichung steht auch der Name von Gianmarco Camazzola, der im Jahr 2019 im Rahmen des Summer Student Program zu GSI und FAIR kam und hier acht Wochen lang einen Einblick in die Forschung der Abteilung Biophysik bekam. Das Summer Student Program richtet sich an internationale Studierende vor dem Abschluss und erlaubt ihnen, unabhängig von den Hochschulen Forschungsluft bei GSI und FAIR zu schnuppern. Er hat sich während seines Aufenthalts hauptsächlich mit der Software-Modellierung für die Experimente an den 3D-Phantomen beschäftigt. Aktuell ist auch er im Rahmen des GET_INvolved-Programms auf den GSI/FAIR-Campus zurückgekehrt. Die Veröffentlichung zeigt anschaulich den Erfolg und die Wichtigkeit der studentischen und wissenschaftlichen Austauschprogramme, die den Teilnehmenden früh einen Einblick und Einstieg in den Forschungsbetrieb ermöglichen. (CP)
Der Physiker Walter Ikegami Andersson hat den Preis, der mit 200 Euro Preisgeld sowie einem Zertifikat dotiert ist, für seine Dissertation zum Thema „Exploring the Merits and Challenges of Hyperon Physics with PANDA at FAIR“ erhalten. Betreuer der Promotion war Professor Dr. Karin Schönning von der Universität Uppsala.
Der PhD-Preis wird seit 2013 jährlich von der PANDA-Kollaboration für die beste Dissertation verliehen, die im Rahmen des PANDA-Experiments erstellt wurde. PANDAist eines der Schlüsselexperimente am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, im Mittelpunkt stehen die Forschung mit Antimaterie sowie verschiedenen Themen rund um die schwache und die starke Kraft, exotische Zustände von Materie und die Struktur von Hadronen. In der Kollaboration arbeiten mehr als 450 Wissenschaftler aus 18 Ländern zusammen. Dr. Andersson beschäftigt sich in seiner Dissertation mit der Produktion und Untersuchung von Hyperonen, dies sind Baryonen mit mindestens einem strange-Quark, als wichtigem Forschungsprogramm des PANDA-Detektors, der an der FAIR-Beschleunigeranlage zur Produktion und Vermessung exotischer Teilchen aufgebaut wird.
Kandidatinnen und Kandidaten 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 Nominierte kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim Panda-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem PhD-Preis möchte die PANDA-Kollaboration die Beiträge von Studierenden zum PANDA-Projekt besonders würdigen. (BP)
]]>Auch wenn es sich erst um präklinische Ergebnisse handelt und der Weg zur klinischen Anwendung noch weit ist, weisen die aktuellen Befunde in eine aussichtsreiche Richtung: Dabei konnte gezeigt werden, dass Kohlenstoffionen, wie sie in der bei GSI entwickelten Krebstherapie zum Einsatz kommen, sehr effektiv sein können, wenn sie in Kombination mit spezifischen Molekülen, so genannten Checkpoint-Blockern, eingesetzt werden, die das Immunsystem gegen die Tumormetastasen stimulieren.
Ziel der veröffentlichten Forschungsarbeit war es, die Wirksamkeit von konventioneller Strahlentherapie (hochenergetische Röntgenstrahlung) und Kohlenstoffionentherapie in Kombination mit einer Immuntherapie zu vergleichen. Das Immunsystem spielt eine wichtige Rolle bei der Vermeidung von Krebs. Im Normalfall erkennt es entartete Zellen und kann diese „aussortieren“. Doch zugleich besitzt es hochkomplexe Kontrollmechanismen, um Überreaktionen zu vermeiden. Gerade dies können Krebszellen manchmal für sich nutzen und die Immunüberwachung herunterregulieren. Sie verschwinden damit gleichsam vom Radar. Eine Immuntherapie kann das Immunsystem im Kampf gegen den Krebs wieder aktivieren. Sie wird inzwischen häufig bei fortgeschrittenen Malignomen und metastasierenden Patienten eingesetzt, ist aber leider nur bei einigen Tumorarten wirksam.
In den anderen Fällen kommt die konventionelle Strahlentherapie als zweite Komponente hinzu, die unter bestimmten Bedingungen solche Bremsen des Immunsystems wieder lösen kann. Die strahleninduzierte Auslösung einer Immunantwort und deren Verstärkung durch eine Immuntherapie kann vor allem bei der Kontrolle von Metastasen zu guten Ergebnissen – etwa zu einer Verlangsamung des Wachstums – führen. Aber nur ein Teil der Patienten spricht auf diese Therapiekombination an.
Kann die Strahlentherapie mit Kohlenstoffionen, die bei GSI sehr erfolgreich entwickelt wurde und mittlerweile in Heidelberg und Marburg sowie in neun weiteren Zentren weltweit für bestimmte Tumorformen in der klinischen Anwendung ist, hier neue Perspektiven eröffnen und dabei helfen, die Metastasierung besser zu kontrollieren? Möglicherweise ist diese Therapieform immunogener, könnte also eine noch stärkere Immunantwort auslösen als eine konventionelle Strahlentherapie und gemeinsam mit einer Immuntherapie dazu führen, dass mehr Patienten auf diese Therapiekombination ansprechen. Aufgrund solcher Überlegungen hat das Team mit Hauptautor Dr. Alexander Helm (GSI) in dem aktuellen Experiment, das am Beschleuniger in Chiba, Japan, durchgeführt wurde, erstmals direkt Kohlenstoffionen mit konventioneller Röntgenstrahlung in einem Mausmodell verglichen.
Bei der Kontrolle des Primärtumors (hier ein Osteosarkom, ein Knochentumor) lieferten Kohlenstoffionen und Röntgenstrahlen, jeweils mit einer Immuntherapie kombiniert, zunächst ähnliche Resultate. Betrachtet man jedoch das Wachstum der Metastasen, zeigte sich, dass die Metastasierung deutlich reduziert wird, wenn der Primärtumor mit Kohlenstoffionen bestrahlt wird und dann eine Immuntherapie folgt. Die Forschenden konnten demonstrieren, dass Kohlenstoffionen plus Immuntherapie bei der Kontrolle von Lungenmetastasen wirksamer sind als beide Therapien für sich allein genommen und auch wirksamer als Röntgenstrahlen plus Immuntherapie.
Um dieses Potenzial besser ermessen zu können, muss noch viel weitere Forschung erfolgen und gemeinsam mit internationalen Partnern schließlich auch der Einsatz in klinischen Studien getestet werden. Der Leiter der GSI-Forschungsabteilung Biophysik, Professor Marco Durante, erläuterte die zukünftige Forschung: „Bei GSI/FAIR liegt der Fokus unserer Forschung darauf, die zellulären und molekularen Mechanismen, die eine starke Immunantwort auslösen, zu verstehen. Ziel ist es, die zentrale Frage zu beantworten: Wie soll bestrahlt werden, um die effizienteste, die beste Immunantwort zu bekommen im Kampf gegen den Krebs?“
Die Möglichkeiten, auf dem GSI/FAIR-Campus und am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR modernste Molekularbiologie und hochenergetische Schwerionenphysik zu kombinieren, versprechen einzigartigen Erkenntnisgewinn. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino betonte: „Die vorliegenden Ergebnisse zeigen das große Potenzial der Kohlenstoffionentherapie, das noch längst nicht ausgeschöpft ist. Gemeinsam mit unseren nationalen und internationalen Partnern wird auch in den nächsten Jahren an diesem hoch relevanten Thema weiter geforscht. Bereits die erste Stufe des FAIR-Experimentierprogramms, die FAIR-Phase 0, bietet dafür herausragende Möglichkeiten.“ (BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in der Fachzeitschrift International Journal of Radiation Oncology, Biology, Physics (auf Englisch)
]]>Wenn auch die gegenwärtigen Schwerpunkte noch auf der Beschaffung der Beschleunigerkomponenten liegen, werden derzeit erste, wichtige Schritte in Richtung Maschinenmontage unternommen. Die Projektgruppe SIS100/SIS18, bestehend aus den Arbeitspaketleitern, Vertretern internationaler Provider und der Subprojektleitung hatte ihre jüngste, dreitätige Klausurtagung unter das Motto „Von der Produktion zur Installation“ gestellt. Dabei waren auch Vertreter des neuen Subprojektes „Site Management (SMG)“ mit dem Ziel beteiligt, die nächste Phase in der Projektrealisierung gemeinsam vorzubereiten.
In welchen Sequenzen soll die Installation der Maschine ablaufen? Welche Reihenfolge beim Aufbau der Beschleunigerkomponenten ist die beste? Wie werden die schweren Teile an ihre richtige Position in den Neubauten platziert? Das sind nur einige Fragen, die mit hoher Präzision beantwortet werden müssen. Derzeitige Schwerpunkte sind die Herstellung installationsbereiter Baugruppen, der Aufbau und Test einer kompletten SIS100-Einheitszelle, bestehend aus zwei Dipol-, zwei Quadrupol- und mehreren Korrekturmagneten, die Entwicklung von Transport- und Hebehilfsmitteln und die Berücksichtigung technikspezifischer Randbedingungen bei der Festlegung von Installationssequenzen. Außerdem müssen weitere wichtige Meilensteine wie der Montage-Abschluss der Technischen Gebäudeausrüstung (TGA), die Fertigstellung zentraler Einrichtungen, die Liefertermine und die Installationsbereitschaft aller Beschleunigerkomponenten in die Planung aufgenommen werden.
Besondere Aufmerksamkeit wird dabei auf die Kryotechnik gelegt. Der Ringbeschleuniger SIS100 benötigt supraleitende Magnete, um die extrem schnellen Teilchen zu lenken. Supraleitung ist nur mithilfe von ausgefeilter Kryotechnik zu erreichen: Sie muss eine Tiefsttemperatur von -268,6 °C im gesamten Ringsystem des SIS100 aufrechterhalten, die zum Betrieb benötigt wird.
Für die Installation solcher kryogenen Systeme, der kryomagnetischen Module und der lokalen Kryogenik sind besondere, qualitätssichernde Maßnahmen nötig. Dabei müssen auch europäische Richtlinien eingehalten werden, beispielsweise die Druckgeräte-Richtlinie, die bei zahlreichen Arbeitsschritten zur Anwendung kommt. Deshalb wurden bei dem jüngsten Treffen der Projektgruppe und des neuen Subprojekts auch Möglichkeiten für eine effiziente Ausnutzung der verlängerten Installationsphase der kryogenen Systeme durch einen parallelen Start der Hardwareinbetriebnahme warmer Systeme erörtert. Eine effiziente Planung für die Installation und Inbetriebnahme der technischen Einzelsysteme ist eine Voraussetzung für eine zeitnahe Kaltinbetriebnahme, sowie für die Inbetriebnahme der Hauptstromversorgung in Verbindung mit der dann supraleitenden Magnetkette.
Insgesamt steht hinter all diesen komplexen Planungen ein entscheidendes Ziel: die Herstellung eines ersten Pilotstrahls durch das SIS100, das Herzstück des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR. (BP)
]]>Zwar musste das Experimentierprogramm ab März 2020 aufgrund der Corona-Pandemie eingeschränkt werden, es konnte aber unter strenger Einhaltung der behördlichen Vorgaben in Teilen weiterlaufen. Rund zwei Drittel der Experimente konnten durchgeführt werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt, die üblicherweise für Experimente auf den Campus kommen, konnten ab diesem Zeitpunkt nicht mehr anreisen. Sie unterstützten das Forschungsprogramm und das GSI/FAIR-Personal vor Ort aber mit Rat und Tat aus der Ferne.
Neben den GSI-Anlagen UNILAC (Linearbeschleuniger), SIS18 (Ringbeschleuniger), FRS (Fragmentseparator) und ESR (Experimentierspeicherring) sowie den bestehenden Experimentaufbauten und dem Petawatt-Hochenergielaser PHELIX konnten auch schon FAIR-Entwicklungen und speziell für FAIR gefertigte Detektoren, Messapparaturen und weitere Hightech-Einrichtungen genutzt werden. So ist auch die Inbetriebnahme des CRYRING, eines weiteren Speicherrings und ersten FAIR-Beschleunigers, soweit fortgeschritten, dass er bereit für wissenschaftliche Experimente ist. Damit ist das aktuelle Experimentierprogramm FAIR-Phase 0 bereits ein wichtiger Schritt in Richtung der zukünftigen Forschung an FAIR.
Die Experimente beschäftigten sich mit Themen aus den unterschiedlichsten wissenschaftlichen Disziplinen, von der Medizin und Materialforschung bis hin zu den Eigenschaften von superschweren Elementen und der komplexen Struktur von kurzlebigen Isotopen, die bei der Elemententstehung im Universum eine Rolle spielen.
So konnte in einem Experiment der Biophysik erstmalig gezeigt werden, dass es bei GSI möglich ist, mit Kohlenstoffstrahlen Bedingungen zu erzeugen, wie sie für eine sogenannte FLASH-Therapie von Tumoren notwendig sind. Bei der FLASH-Therapie wird eine sehr hohe Dosis in sehr kurzer Zeit appliziert (hohe Dosisrate). In Studien mit Protonenstrahlen konnte gezeigt werden, dass durch ein solches Verfahren bei gleichbleibender Wirksamkeit die Schäden im gesunden Gewebe reduziert werden. Bisher war die Technik nur an Elektronen- und Protonenbeschleunigern anwendbar. Aufgrund von Verbesserungen an der GSI-Beschleunigeranlage im Rahmen der Vorbereitungen für FAIR kann nun auch für Kohlenstoff die nötige Dosisrate von fünf Milliarden Ionen in 200 Millisekunden erreicht werden.
Ein anderes Forschungsgebiet, das von den erhöhten Intensitäten der GSI-Beschleuniger profitiert, ist die Untersuchung von Isotopen, die bei der Elemententstehung im Universum eine Rolle spielen. Leichte Kerne bis Eisen werden durch Fusionsreaktionen in Sternen produziert, schwere Elemente möglicherweise in Explosionen massiver Sterne am Ende ihrer Entwicklung (Supernova-Explosionen) oder beim Zusammenstoß von Neutronensternen, äußerst kompakten Objekten, die auf einem Radius von wenigen Kilometern die Masse von bis zu zwei Sonnen vereinen. Die eigentliche Elementsynthese erfolgt durch nukleare Reaktionen von einer Vielzahl von zumeist instabilen Kernen entlang bestimmter Reaktionspfade. In einem dedizierten Experiment wurden extrem neutronenreiche Kerne untersucht, die bislang in einem Beschleunigerlabor noch nicht produziert werden konnten. Isotope mit Massenzahlen um 200 nahe der magischen Neutronenzahl N=126 spielen eine entscheidende Rolle für die Entstehung von noch schwereren Kernen. Es wurden mehrere Isotope in diesem Bereich erstmalig nachgewiesen und ihre Eigenschaften bestimmt, unter ihnen möglicherweise 200-Wolfram. Dies wäre das erste Mal, dass ein so schwerer Kern im Labor produziert wurde, der unmittelbar auf einem der Elementsynthesepfade liegt.
Ein weiteres Experiment mit einer ähnlichen Zielsetzung wurde am Experimentierspeicherring ESR unter Nutzung der gesamten Beschleunigerkette von UNILAC, SIS18 und FRS durchgeführt. In vielen wissenschaftlichen Publikationen wurde die Wichtigkeit des gebundenen Betazerfalls von Thallium in Elemententstehungsprozessen betont und dieser konnte nun erstmals vermessen werden.
Die Erforschung superschwerer Elemente gehört schon seit vielen Jahren zum wissenschaftlichen Portfolio der GSI. In der Kernreaktion von 48Ca+244Pu (Kalzium und Plutonium) werden unter anderem zwei Flerovium-Isotope hergestellt: 288Fl und 289Fl. Flerovium ist ein Atomkern mit der Ordnungszahl Z=114 und wurde 1999 in einem Forschungslabor in Dubna erstmalig erzeugt. Die kernphysikalische Struktur ist allerdings noch nicht völlig geklärt; deshalb wurde am TASCA-Aufbau bei GSI erstmalig Alpha- und Photonen-Emission von Flerovium-Isotopen in Koinzidenz vermessen. In diesem Experiment wurden ebenso viele Flerovium Isotope nachgewiesen wie in allen Experimenten seit dem erstmaligen Nachweis dieses Kerns.
Während in Sternen, Sternexplosionen und im Labor durch Kernreaktionen schwere Kerne erzeugt werden, entstehen durch kosmische Strahlung auf Staubpartikeln aus einfachen organischen Molekülen komplexere, und diese werden ebenso wieder zerstört. In einem Experiment der Materialforschung konnte gezeigt werden, dass diese Zerstörungsprozesse temperaturabhängig sein können und höhere Temperaturen möglicherweise zu einer längeren Lebensdauer von komplexen Molekülen unter dem Einfluss kosmischer Strahlung führen.
Dies ist nur ein kleiner Ausschnitt der wissenschaftlichen Erkenntnisse der vergangenen Experimentierzeit. Insgesamt ermöglicht das Programm „FAIR-Phase 0“ eine zukunftsweisende Kombination wichtiger Tests von FAIR-Geräteausstattungen einerseits und hochwertiger wissenschaftlicher Messungen andererseits. Auf diese Weise können wissenschaftlich hervorragende Ergebnisse erzielt und die FAIR-Community weiter aufgebaut werden. Auf dem Weg zur Inbetriebnahme des Beschleunigerzentrums FAIR sind in den nächsten Jahren weitere regelmäßige Experimentierzeiten an den bestehenden und kontinuierlich modernisierten Anlagen geplant. (BP/CP/YL)
]]>Dem Team GSI/FSIR ist damit nochmals eine deutliche Verbesserung der sehr erfolgreichen Ergebnisse der letzten Jahre gelungen: Bereits 2019 konnten die Radlerinnen und Radler den Sieg für sich verbuchen mit ebenfalls 142 Teilnehmenden und 35.049 zurückgelegten Kilometern. Im Jahr 2018 waren es 102 Radlerinnen und Radler im Team, die 25.766 Kilometer zurückgelegt und damit den zweiten Platz belegt hatten.
Traditionell werden die Siegerpreise für die besten Teams und Einzelradler während des Fahrradaktionstages auf dem Marktplatz in Darmstadt von der Darmstädter Umweltdezernentin Barbara Akdeniz überreicht. Corona-bedingt fiel die Veranstaltung in diesem Jahr jedoch aus.
An der 21-tägigen Kampagne im Mai und Juni nahmen stadtweit rund 1980 Personen in 117 Teams teil. Insgesamt wurde das Vorjahresergebnis in Darmstadt deutlich übertroffen: Die Teilnehmenden legten in diesem Jahr insgesamt mehr als 420.000 Kilometer Strecke zurück und konnten dadurch 62 Tonnen CO2 im Vergleich zu Autofahrten vermeiden. Umweltdezernentin Akdeniz zeigte sich in ihrer Bilanz sehr zufrieden, dass sich so viele Bürgerinnen und Bürger am Stadtradeln beteiligt haben. „Wir haben uns sehr bewusst dazu entschieden, das Stadtradeln auch dieses Jahr wieder im Frühjahr durchzuführen. Denn neben der Möglichkeit, durch die Teilnahme am Stadtradeln für Klimaschutz, Lebensqualität und die Mobilitätswende werben zu können, ist das Fahrradfahren in Zeiten von Corona auch ideal, um körperlich und auch geistig fit zu bleiben – natürlich im Rahmen der aktuell gültigen Verordnungen.“ (BP)
Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung (GSI) engagieren sich in der Ausbildung junger Doktorandinnen und Doktoranden auf dem Gebiet der Kernchemie und Kernphysik im Rahmen eines EU-geförderten internationalen Netzwerks. Dessen Ziel ist es, die Struktur der Actiniden – kurzlebige, schwere Elemente am Ende des Periodensystems – zu entschlüsseln und damit die Voraussetzung für ihre Nutzung in der medizinischen Physik, für nukleare Anwendungen und die Umweltüberwachung vorzubereiten. Das Konsortium besteht aus weltweit führenden Experten aus der fundamentalen Atom- und Kernphysik sowie der Kernchemie. Die EU unterstützt das Projekt „Laser Ionization and Spectroscopy of Actinide Elements“, kurz LISA, während vier Jahren mit insgesamt vier Millionen Euro.
Die Koordination von LISA hat das Forschungszentrum CERN bei Genf inne. Vonseiten der JGU sind Prof. Dr. Christoph Düllmann und Prof Dr. Klaus Wendt beteiligt sowie über das GSI Helmholtzzentrum Prof. Dr. Michael Block. „Von den 15 Early Stage Researchers werden voraussichtlich sechs an der Universität Mainz promovieren. Damit wird die JGU einen bedeutenden Standort innerhalb von LISA darstellen“, erwartet Klaus Wendt. „Dank der hochkonstruktiven Zusammenarbeit im Bereich der Actinidenforschung zwischen der Kernchemie, der Physik und dem HIM in Mainz erwarten wir auch entsprechende, überzeugende Resultate.“ Wendt selbst wird drei Doktorandinnen anleiten. Es ist bereits sein zweites EU-Trainingsnetzwerk, an dem er beteiligt ist.
Innovative Training Network (ITN) der EU startet mit zahlreichen internationalen Partnern
An dem Innovativen Trainingsnetzwerk sind außer den Universitäten in Mainz, Göteborg, Hannover, Jena und Leuven in Belgien auch Großforschungseinrichtungen wie das CERN, das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, der Schwerionenbeschleuniger Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL) in Frankreich und die Beschleunigeranlage im finnischen Jyväskylä beteiligt. Dazu kommen zwei Industriepartner in Kassel und Glasgow. Zwölf weitere Partnerorganisationen von Kanada bis Japan können die Doktorandinnen und Doktoranden zum wissenschaftlichen Austausch besuchen.
In der Arbeitsgruppe von Christoph Düllmann im Department Chemie werden exotische Actinidenisotope, die langlebig genug und in dafür ausreichenden Mengen verfügbar sind, zunächst chemisch aufgereinigt. „Wir entwickeln Techniken, um sie dann in eine perfekte, für die vorgesehenen Experimente innerhalb des LISA-Netzwerks in Jyväskylä und an GANIL, aber auch in Mainz und der GSI optimierte Form zu bringen“, erklärt Düllmann, Leiter der Gruppe „Superschwere Elemente Chemie“ an der JGU, GSI und dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM).
Am GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt untersucht die Arbeitsgruppe von Michael Block mittels Laserspektroskopie die schwersten Actiniden. Diese können nur künstlich hergestellt werden und sind meist kurzlebig. Mithilfe von Lasern wird die optische Anregung von Energieniveaus in der Atomhülle detailliert vermessen, um ihre atomaren und nuklearen Eigenschaften zu bestimmen. „Das ITN bietet für die Doktoranden ein optimales Forschungsumfeld, um die exotischen Actiniden systematisch und umfänglich zu erforschen“, sagt Michael Block, in dessen Arbeitsgruppe bei GSI im Sommer die erste Doktorandin ihre Arbeit aufgenommen hat.
Herstellung und Untersuchung von Actiniden mit neuartigen Lasertechnologien angestrebt
Uran und Plutonium sind vermutlich die bekanntesten Actinide, aber auch Curium, Einsteinium, Fermium und Mendelevium gehören beispielsweise in diese Gruppe radioaktiver Elemente. Sie sind meistens äußerst instabil und können bislang nur synthetisch in Teilchenbeschleunigern erzeugt werden. Aufgrund ihrer kurzlebigen Natur geben sie der Wissenschaft noch immer große Rätsel auf. Ihre Erforschung soll daher unser Verständnis der atomaren und nuklearen Eigenschaften verbessern. Im Rahmen von LISA ist darauf aufbauend die Entwicklung neuartiger Lasertechnologien vorgesehen, mit denen Actinide zur Entwicklung neuer Anwendungen erzeugt und untersucht werden können. Es wird erwartet, dass LISA eine kohärente und symbiotische Zusammenarbeit der Beteiligten ermöglicht und die Arbeitsbeziehungen auch noch nach Projektende fortdauern.
Zunächst hat sich allerdings der Arbeitsbeginn der ausländischen Doktorandinnen und Doktoranden aufgrund der Corona-Krise verzögert. Die wissenschaftlichen Betreuer rechnen damit, dass eine Doktorandin aus Polen und eine weitere Doktorandin aus Mexiko sowie Kandidatinnen aus Kanada, England und den USA, die in Mainz betreut werden, nun aber im Herbst starten können. Für alle 15 Promovierende und weitere Gäste plant das Team zurzeit ein akademisches Training, das im Herbst 2021 in Mainz stattfinden soll. (JL)
AG Larissa am Institut für Physik der JGU
Superschwere Elemente Physik bei GSI
Superschwere Elemente Chemie bei GSI
EU-Projekt „Laser Ionization and Spectroscopy of Actinide Elements”
]]>GSI- und FAIR-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeiter können sich ein Exemplar im Foyer oder am Empfang in der Borsigstraße abholen. Wer den DIN-A2-großen Kalender von FAIR und GSI bestellen möchte, wendet sich direkt per E-Mail an gsi-kalender(at)gsi.de (Datenschutzhinweis) und erhält den Kalender per Post zugesandt. Bitte folgende Angaben nicht vergessen: eigener Name, eigene Adresse und die gewünschte Anzahl der Kalender. Wir bitten um Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage maximal drei Kalender versendet werden können (solange der Vorrat reicht). (JL)
]]>Das Projekt ELEMENTS vereint die starken Forschungskräfte mehrerer international führender Institutionen. Neben der Goethe-Universität Frankfurt als Konsortialführerin und der TU Darmstadt sind auch die Universität Gießen und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt beteiligt.
Durch diesen Verbund können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf einzigartige Voraussetzungen zurückgreifen: Expertise in Gravitationsphysik und in der Physik von Nuklearreaktionen sowie Infrastruktur wie die Beschleunigeranlagen in Darmstadt – das derzeit bei GSI entstehende Beschleunigerzentrum FAIR und den Elektronenbeschleuniger S-DALINAC der TU im Institut für Kernphysik. Zudem möchten die Physikerinnen und Physiker mit ELEMENTS eine Lücke schließen.
Als eine der wesentlichen Maßnahmen bemüht sich das Projekt um die Ansiedelung einer gemeinsamen Alexander-von-Humboldt-Professur an den Universitäten in Frankfurt und Darmstadt. Diese soll sich der Astronomischen Beobachtung der Vorgänge in und um Neutronensternen widmen, einem Forschungsfeld, das in Hessen bisher vollständig fehlt und eine große Nähe zu den mit dem diesjährigen Nobelpreis gewürdigten Forschungsarbeiten aufweist.
ELEMENTS wird Neutronensterne studieren, die gerade noch sichtbaren, kleinen Brüder von Schwarzen Löchern. Sie entstehen nach dem Ausbrennen eines Sterns, wenn dieser nicht massereich genug war, um nach seinem Ende durch den eigenen Gravitationsdruck zu einem Schwarzen Loch zusammengepresst zu werden. Neutronensterne sind, wie auch Schwarze Löcher, Ursache für extreme Raum-Zeit-Krümmungen, und wenn Neutronensterne oder Schwarze Löcher verschmelzen, entstehen nachweisbare Gravitationswellen.
Wegen ihrer kosmischen Auswirkungen und extremen Bedingungen stehen beide Phänomene im Blick der Forschung. Neutronensterne erlauben jedoch im Gegensatz zu Schwarzen Löchern auch Blicke in ihr Inneres und sie sind auch „produktiv“. So sind Neutronensternverschmelzungen als Kilonovae am Himmel sichtbar und die einzigen bekannten Objekte im Universum, die durch Kernreaktionen unter extremen Bedingungen die schwersten chemischen Elemente erzeugen.
Das Projekt ELEMENTS erforscht die Dynamik in der Verschmelzung zweier Neutronensterne und untersucht dabei auch das Gravitationsfeld, die Kernmaterie und – Schwerpunktthema der Physikerinnen und Physiker bei GSI/FAIR und an der TU Darmstadt – die dabei entstehenden schweren chemischen Elemente. So wurde etwa das Leuchten einer Kilonova von in Darmstadt tätigen Physikerinnen und Physikern vor einigen Jahren erfolgreich vorhergesagt.
Für ELEMENTS hat das Forschungskonsortium einen Antrag auf Förderung im Rahmen der einmaligen Förderlinie Clusterprojekte beim Land Hessen beantragt. Mit der Förderlinie sollen international wettbewerbsfähige Forschungsfelder an Universitäten und Universitätsverbünden projektbezogen gefördert werden, um sie damit weiter zu profilieren und für eine erfolgreiche Antragsstellung in der nächsten Runde der Exzellenzstrategie vorzubereiten. (TUD/BP)
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Aber unter welchen Bedingungen bildet sich überhaupt ein Schwarzes Loch? Dieser Frage sind Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt in einer internationalen Kollaboration nachgegangen. Die Forschenden untersuchten hierbei mit Hilfe von Computer-Simulationen einen speziellen Prozess, der zur Bildung eines Schwarzen Loches führen kann: die Kollision zweier Neutronensterne (Simulation im Film).
Schon in Neutronensternen ist Materie extrem verdichtet. Die Masse von anderthalb Sonnen ist auf den Radius von wenigen Kilometern zusammengedrückt. Damit entstehen ähnliche beziehungsweise sogar noch höhere Dichten als im Innern von Atomkernen. Verschmelzen zwei Neutronensterne in einem Doppelsternsystem, wird die Materie in der Kollision noch zusätzlich verdichtet. Beste Chancen also für die Entstehung eines Schwarzen Loches. Schwarze Löcher sind die kompaktesten Objekte im Universum, selbst Licht kann nicht mehr entweichen, weshalb sie sich nicht direkt beobachten lassen.
„Entscheidend ist die Masse der Neutronensterne“, fasst Dr. Andreas Bauswein aus der GSI-Forschungsabteilung Theorie die Studie zusammen. „Überschreitet die Gesamtmasse des Doppelsternsystems eine bestimmte Grenze, ist der Kollaps zum Schwarzen Loch unausweichlich.“ Wo genau diese Grenzmasse liegt, hängt jedoch von den Eigenschaften hochdichter Kernmaterie ab. Diese Eigenschaften sind im Detail noch nicht genau bekannt und werden zum Beispiel auch in viel kleinerem Maßstab bei Kollisionen von Atomkernen an den Beschleunigereinrichtungen bei GSI untersucht. In diesen Schwerionenstößen werden tatsächlich ähnliche Bedingungen wie bei Neutronensternverschmelzungen erzeugt. Basierend auf theoretischen Überlegungen und Experimenten mit Schwerionenstößen, können bestimmte Modelle (sogenannte Zustandsgleichungen) von Neutronensternmaterie berechnet werden.
Für zahlreiche solcher Zustandsgleichungen konnte die Studie nun die Grenzmasse berechnen. Das Ergebnis: Lässt sich Neutronensternmaterie beziehungsweise Kernmaterie leicht komprimieren – ist die Materie/Zustandsgleichung also „weich“ –, führt schon die Kollision von relativ leichten Sternen zur Bildung eines Schwarzen Loches. „Steife“, schwer komprimierbare Kernmaterie dagegen kann größere Massen gegen den sogenannten Gravitationskollaps stabilisieren, und es bildet sich nur ein sehr schwerer rotierender Neutronenstern als Überbleibsel der Kollision. Die Grenzmasse selbst gibt also Auskunft über die Eigenschaften von Kernmaterie und könnte laut der neuesten Studie sogar klären, ob sich während der Kollision die Kernbausteine in ihre Bestandsteile, die Quarks, auflösen.
„Das ist deshalb spannend, weil wir die Grenzmasse in Zukunft aus Beobachtungen ableiten können“, ergänzt Professor Nikolaos Stergioulas vom Fachbereich Physik der Aristoteles-Universität Thessaloniki in Griechenland. Vor wenigen Jahren wurde zum ersten Mal eine Neutronensternverschmelzung mittels Gravitationswellen beobachtet, und einige Stunden später konnten Teleskope das optische Signal der Verschmelzung finden. Bildet sich ein Schwarzes Loch, ist dieses optische Signal der Kollision jedoch sehr schwach. Die Teleskopdaten verraten demnach, ob sich ein Schwarzes Loch gebildet hat. Gleichzeitig kann aus der Form des Gravitationswellensignals die Gesamtmasse bestimmt werden: Je lauter beziehungsweise stärker das Signal ist, umso schwerer waren die Sterne.
Während Gravitationswellendetektoren und Teleskope auf die nächste Neutronensternverschmelzung warten, werden in Darmstadt die Weichen für noch detailliertere Erkenntnisse gestellt. Mit dem neuen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, können die Bedingungen in Neutronensternverschmelzungen künftig noch realistischer nachgebildet werden. Schließlich wird nur die Kombination aus astronomischen Beobachtungen, Computer-Simulationen und Schwerionen-Experimenten die Fragen nach den fundamentalen Bausteinen der Materie und deren Eigenschaften klären können und damit auch die Frage, wann der Kollaps zum Schwarzen Loch auftritt. (CP/BP)
Die limitierenden Faktoren für die Existenz stabiler, superschwerer Elemente immer besser zu verstehen, ist seit Jahrzehnten ein Anliegen der Chemie und der Physik. Superschwere Elemente, wie die chemischen Elemente mit Ordnungszahlen größer als 103 genannt werden, kommen in der Natur nicht vor und werden künstlich mithilfe von Teilchenbeschleunigern hergestellt. Innerhalb von Sekunden zerfallen sie. Neue Erkenntnisse zu den Spaltprozessen in solchen exotischen Kernen hat ein Team von Wissenschaftlern und Wissenschaftlerinnen des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) und der Universität Jyväskylä, Finnland, unter der Leitung von Dr. Jadambaa Khuyagbaatar von GSI und HIM geliefert und dazu den bisher unbekannten Kern Mendelevium-244 hergestellt. Die Untersuchungen waren Teil der „FAIR-Phase 0“, der ersten Stufe des FAIR-Experimentierprogramms. Die Resultate sind nun in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht worden.
Schwere und superschwere Kerne sind zunehmend instabil gegenüber der Kernspaltung, bei der sich der Kern in zwei leichtere Fragmente spaltet. Dies liegt an der immer stärkeren Coulomb-Abstoßung zwischen der großen Anzahl positiv geladener Protonen in solchen Kernen und ist eine der Haupteinschränkungen für die Existenz stabiler superschwerer Kerne.
Die Kernspaltung wurde vor mehr als 80 Jahren entdeckt und wird bis heute intensiv erforscht. Die meisten experimentellen Daten über die Spontanspaltung gibt es für Kerne mit gerader Anzahl von Protonen und Neutronen - sogenannte "gerade-gerade Kerne". Gerade-gerade Kerne bestehen ausschließlich aus Protonen- und Neutronenpaaren, und ihre Spalteigenschaften sind durch theoretische Modelle recht gut beschreibbar. Bei Kernen mit einer ungeraden Anzahl von entweder Neutronen oder Protonen wurde eine Behinderung des Spaltprozesses im Vergleich zu den Eigenschaften geradzahliger Kerne beobachtet und auf den Einfluss eines solchen einzelnen, ungepaarten Bestandteils im Kern zurückgeführt.
Weniger bekannt ist jedoch die Spaltbehinderung in "ungerade-ungerade Kernen", die sowohl eine ungerade Anzahl von Protonen als auch eine ungerade Anzahl von Neutronen enthalten. Die verfügbaren experimentellen Daten deuten darauf hin, dass der Spontanspaltprozess in solchen Kernen stark behindert wird, noch mehr als in Kernen mit einer ungeraden Anzahl von nur einer Sorte von Bestandteilen.
Wenn die Spaltwahrscheinlichkeit sehr stark reduziert ist, werden andere radioaktive Zerfallsarten wie Alpha- oder Betazerfall wahrscheinlich. Beim Betazerfall verwandelt sich ein Proton in ein Neutron oder umgekehrt und folglich verwandeln sich ungerade-ungerade Kerne in gerade-gerade Kerne, die typischerweise eine hohe Spaltwahrscheinlichkeit haben. Dementsprechend ist im Fall, dass während der Produktion eines ungerade-ungerade Kerns eine Spaltaktivität beobachtet wird, oft schwierig zu erkennen, ob die Spaltung in dem ungerade-ungeraden Kern stattfand oder eher vom im Betazerfall bevölkerten gerade-geraden Tochterkern ausging, der dann eine beta-verzögerte Spaltung durchlaufen kann. Kürzlich hat Dr. Jadambaa Khuyagbaatar, Wissenschaftler in der SHE-Chemie-Gruppe am HIM und bei GSI, vorausgesagt, dass dieser beta-verzögerte Spaltprozess für die schwersten Kerne sehr relevant und in der Tat eine der wichtigsten Zerfallsarten von beta-zerfallenden superschweren Kernen sein könnte.
In superschweren Kernen, die experimentell äußerst schwierig herzustellen sind, ist der Betazerfall noch nicht schlüssig beobachtet worden. So wurden zum Beispiel im Falle des schwersten bei GSI in Darmstadt produzierten Elements Tenness (Element 117) in einem etwa einen Monat dauernden Experiment nur zwei Atome des ungeraden Kerns Tenness-294 beobachtet. Diese geringen Produktionsraten schränken den Nachweis und die detaillierte Untersuchung des verzögerten Spaltprozesses durch Betazerfall ein. Dennoch lassen sich neue experimentelle Daten, die Aufschluss über diesen Prozess geben, am besten in exotischen Kernen gewinnen, beispielsweise in solchen, die ein extrem unausgewogenes Verhältnis von Protonen zu Neutronen aufweisen. Dazu hat das Team von GSI, JGU, HIM und Universität Jyväskylä den bisher unbekannten Kern Mendelevium-244, einen ungerade-ungeraden Kern aus 101 Protonen und 143 Neutronen, hergestellt.
Die theoretische Schätzung geht davon aus, dass auf den Betazerfall dieses Kerns in etwa einem von fünf Fällen eine Kernspaltung folgen wird. Aufgrund der großen Energiefreisetzung des Spaltprozesses kann dieser mit hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden, während Betazerfälle schwieriger zu messen sind. Die Forscher verwendeten einen intensiven Ionenstrahl aus Titan-50, der am UNILAC-Beschleuniger bei GSI zur Verfügung steht, und bestrahlten damit ein Goldtarget. Die Reaktionsprodukte von Titan- und Goldkernen wurden im „TransActinide Separator and Chemistry Apparatus“ TASCA getrennt, der Mendeleviumkerne in einen Siliziumdetektor leitete, der geeignet war, die Implantation der Kerne sowie ihren anschließenden Zerfall zu registrieren.
Ein erster Teil der Studien, der 2018 umgesetzt wurde, führte zur Beobachtung von sieben Atomen von Mendelevium-244. Im Jahr 2020 verwendeten die Forscher eine niedrigere Titan-50-Strahlenergie, die nicht ausreichte, um Mendelevium-244 herzustellen. Tatsächlich fehlten in diesem Teil des Datensatzes Signale, wie sie Mendelevium-244 in der Studie von 2018 zugeordnet wurden, was die korrekte Zuordnung der Daten von 2018 und damit die Entdeckung des neuen Isotops bestätigte.
Alle sieben registrierten Atomkerne durchliefen einen Alphazerfall, das heißt, die Emission eines Helium-4-Kerns, der zu dem Tochterisotop Einsteinium-240 führte, das vor vier Jahren durch ein vorangegangenes Experiment an der Universität Jyväskylä entdeckt wurde. Der Betazerfall wurde nicht beobachtet, was die Festlegung einer Obergrenze für diesen Zerfallsmodus von 14 Prozent erlaubt. Wenn die zwanzigprozentige Spaltwahrscheinlichkeit aller Beta-Zerfallstöchter korrekt wäre, läge die Gesamtwahrscheinlichkeit für eine beta-verzögerte Spaltung bei höchstens 2,8 Prozent, und ihre Beobachtung würde die Produktion von wesentlich mehr Mendelevium-244-Atomen als in diesem Entdeckungsexperiment erfordern.
Zusätzlich zu dem alpha-zerfallenden Mendelevium-244 fanden die Forscher Signale von kurzlebigen Spaltereignissen mit unerwarteten Merkmalen hinsichtlich ihrer Anzahl, Produktionswahrscheinlichkeit und Halbwertszeit. Ihr Ursprung kann derzeit nicht genau bestimmt werden und ist mit dem derzeitigen Wissen über die Produktion und den Zerfall von Isotopen in der Region von Mendelevium-244 auch nicht ohne Weiteres erklärbar. Dies motiviert zu Folgestudien, um detailliertere Daten zu erhalten, die dazu beitragen werden, den Spaltprozess in ungeraden Kernen weiter zu beleuchten. (BP)
Friedrich-Karl Thielemann erhält für seine Forschungen an der Schnittstelle zwischen Kernphysik und Astronomie die Karl-Schwarzschild-Medaille, den renommiertesten Preis in Deutschland auf dem Gebiet der Astronomie und Astrophysik. Seit 2018 ist Thielemann nach seiner Emeritierung Gastwissenschaftler bei GSI und setzt seine preisgekrönte Forschung zum Ursprung der Elemente im Universum in Zusammenarbeit mit den Theoriekollegen fort. Diese Arbeiten sind von großer Bedeutung für das zukünftige Experimentierprogramm an FAIR und auch schon für das laufende FAIR-Phase-0-Programm.
Durch den Einsatz von Theorie im Vergleich mit Experimenten und Beobachtungen leistete Friedrich-Karl Thielemann enorme Beiträge zum Verständnis von Sternexplosionen. In seinen zahlreichen herausragenden theoretischen Studien sagte er Reaktionseigenschaften von Atomkernen quer über die Nuklidkarte voraus, darunter auch für hoch instabile Kerne. Während seiner mehr als 40-jährigen Karriere gelang es ihm den Kreis von der Kernphysik über das Studium der Entwicklung von Sternen bis zu Sternexplosionen, der damit verbundenen Bildung schwerer Elemente sowie der daraus resultierenden chemischen Entwicklung von Galaxien zu schließen. Er lieferte damit in herausragender Weise die Grundlagen für die extremsten Ereignisse im Universum, von Supernovaexplosionen vom Typ Ia, über Novae und Röntgenstrahlenausbrüche, Kernkollapssupernovae und Hypernovae, bis hin zu verschmelzenden Neutronensternen. Seine Leidenschaft, das Rätsel der Entstehung der Elemente im Universum zu lösen, führte zu einem beruflichen Werdegang rund um den Globus. Als emeritierter Professor im Forschungsbereich Kosmologie und Teilchenphysik der Universität Basel setzt er seine Forschungen auch als Gastwissenschaftler am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt fort. Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, drückte seine Freude über diese Anerkennung für Thielemann aus: "Wir freuen uns, dass dieser prestigeträchtige Preis an eine herausragende Persönlichkeit der nuklearen Astrophysik geht. Thielemann ehrt unser Zentrum, indem er es in den Jahren als Emeritus als sein Heimatinstitut gewählt hat. Er ist ein äußerst aktiver Wissenschaftler, der aktiv mit den anderen Kern- und Astrophysikern auf dem Campus zusammenarbeitet, sowohl mit Theoretikern als auch mit Experimentalphysikern. Er ist ein großer Gewinn für uns, mit großem Einfluss auf eines der wichtigsten FAIR-Forschungsprogramme." Thielemann ist seit 1978 Mitglied der Astronomischen Gesellschaft. (AG/LW)
Pressemitteilung der Astronomischen Gesellschaft e. V.
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Auf dem Atomkern basierende Uhren könnten unsere Zeitmessung noch genauer machen als heutige Atomuhren. Der Schlüssel dazu liegt in Thorium-229, einem Atomkern, dessen niedrigster angeregter Zustand eine sehr geringe Energie aufweist. Einem Forscherteam aus dem Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg, der Technischen Universität Wien, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), dem Helmholtz-Institut Mainz (HIM) und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung Darmstadt ist es nun gelungen, diese niedrige Energie zu messen. Mit einem extrem genauen Detektor konnte der winzige Temperaturanstieg nachgewiesen werden, der durch die bei der Abregung des Atomkerns freigesetzte Energie entsteht. Damit kommt man der Realisierung einer Kernuhr einen großen Schritt näher.
Beim radioaktiven Zerfall ordnen sich Atomkerne spontan neu an, emittieren einen Teil ihrer Bestandteile und verwandeln sich in einen Kern eines anderen Atoms. Bei diesem Prozess verbleibt im neuen "Tochterkern“ normalerweise intern gespeicherte Energie, die in Form von Gammastrahlen freigesetzt wird. Die Energien dieser Strahlen sind – wie Fingerabdrücke – für jeden Kerntyp charakteristisch. Durch die Charakterisierung dieser Gammastrahlen-Fingerabdrücke lernen die Forscher viel über Atomkerne.
Bereits 1976 untersuchten L.A. Kroger und C.W. Reich den Zerfall von Uran-233, einem künstlichen Urankern, der unter Aussendung eines Alphateilchens zu Thorium-229 zerfällt; unmittelbar darauf folgt die Emission charakteristischer Gammastrahlen, die in unterschiedlichen und im Allgemeinen gut verstandenen Mustern auftreten. Kroger und Reich registrierten jedoch eine Anomalie: Eine Energie im Spektrum der Gammastrahlung, die von allen Nukleartheorien vorhergesagt wurde, fehlte in den gemessenen Signalen. Die beste Erklärung war, dass die im niedrigsten angeregten Zustand von Thorium-229 gespeicherte innere Energie zu gering war, als dass die entsprechende Strahlung von den Detektoren beobachtet werden konnte. In den folgenden Jahrzehnten wurden viele Versuche unternommen, diese niederenergetische Gammastrahlung zu beobachten, allerdings ohne Erfolg, wodurch sie auf immer niedrigere Energien beschränkt wurde.
Perspektiven für die Konstruktion einer Kernuhr verbessert
Heute wissen wir, dass der niedrigste angeregte Energiezustand des Thorium-229-Kerns, ein sogenannter Isomerenzustand, bei der niedrigsten bekannten Energie aller Atomkerne überhaupt liegt, bei einer Energie, die um Größenordnungen niedriger ist als übliche Anregungsenergien. Folglich ist die Energie der zugehörigen Gammastrahlung so niedrig, dass sie im ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums und nicht im typischen Gammastrahlenbereich liegt. Dies führt zu der einzigartigen Situation, dass der umgekehrte Prozess der Abregung durch die Emission dieser „ultravioletten Gammastrahlung", nämlich die Anregung des unteren Zustands durch Einstrahlen von ultraviolettem Licht auf den Kern möglich ist. Es ist das einzige Kernsystem, das mit „Table-Top"-Laserlicht angeregt werden kann. Damit eröffnen sich spannende Perspektiven, unter anderem die Konstruktion einer „nuklearen" Uhr, bei der die Zeit durch Schwingungen des Kerns zwischen diesen beiden Zuständen gemessen wird. Die Präzision einer solchen Uhr wird voraussichtlich besser sein als die der derzeit besten Atomuhren, die auf Schwingungen zwischen Zuständen in der Elektronenhülle beruhen, die anfälliger für externe Störungen ist als der 10.000 Mal kleinere Kern.
Das Hauptproblem besteht jedoch darin, dass die Energie des isomeren Zustands noch nicht genau genug bekannt ist, um zu wissen, welches ultraviolette Licht benötigt wird, um die Schwingung zu stimulieren. Das Konsortium von Forschern aus Heidelberg, Wien, Mainz und Darmstadt hat nun die Gammaspektroskopie-Messung von Kroger und Reich wiederholt, allerdings unter Verwendung eines hochmodernen Gammaspektrometers, das explizit für die Registrierung von Strahlen solch niedriger Energie ausgelegt ist.
Kühle Studien ergeben höchste Präzision
Dazu entwickelte das Forscherteam um Professor Christian Enss und Dr. Andreas Fleischmann am Kirchhoff-Institut für Physik der Universität Heidelberg ein magnetisches Mikrokalorimeter, genannt „maXs30“. Dieser auf minus 273 Grad Celsius gekühlte Detektor misst den winzigen Temperaturanstieg, der bei der Absorption einer niederenergetischen Gammastrahlung auftritt. Der Temperaturanstieg führt zu einer Änderung der magnetischen Eigenschaften des Detektors, die dann mithilfe von SQUID-Magnetometern, ähnlich denen, die üblicherweise in der Magnetresonanztomographie verwendet werden, in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Der maXs30-Detektor hat eine bisher unerreichte Energieauflösung und Verstärkungslinearität; dennoch brauchte es etwa zwölf Wochen kontinuierlicher Messungen, um das Gammastrahlenspektrum mit ausreichender Genauigkeit zu erhalten.
Um diese anspruchsvolle Messung zu ermöglichen, stellte das Team von Professor Christoph Düllmann in Mainz und Darmstadt eine spezielle Probe von Uran-233 her. Zunächst entfernten sie chemisch alle Zerfalls-Tochterprodukte, die im Laufe der Zeit vor der Verwendung der Probe entstanden waren. Außerdem entfernten sie unerwünschte Radioisotope, deren Zerfall zu einem unerwünschten Untergrund in den Messdaten führt. Dann entwarfen sie eine Quellengeometrie und einen Probenbehälter, die zu minimalen Störungen der schwachen Signale auf dem Weg von der Probe zu den maXs30-Kalorimetern führten. Diese Schritte waren für den Erfolg der Messung erforderlich, da nur einer von 10.000 Abregungsvorgängen ein Signal erzeugt, das für die Bestimmung der Isomerenenergie nutzbar ist. Die Messung ergab das bisher präziseste Gammastrahlenspektrum des Zerfalls von Uran-233 zu Thorium-229. Das Team von Professor Thorsten Schumm an der Technischen Universität Wien hat zusammen mit dem Heidelberger Team vier verschiedene Schemata angewandt, um aus diesen Daten die Energie des Isomerenzustands abzuleiten. Das präziseste ergab einen Wert von 8,10(17) Elektronenvolt, was Licht einer Wellenlänge von 153,1(32) Nanometern entspricht, wobei die Zahl in Klammern die Unsicherheit der letzten Ziffern angibt. Diese Messung ebnet den Weg für eine direkte Laseranregung des Thorium-229-Isomers. (LW)
Physics Viewpoint “Ticking Toward a Nuclear Clock”
Energiespektrum - Rohdaten
Originalveröffentlichung: Measurement of the 229Th Isomer Energy with a Magnetic Microcalorimeter
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Die Ernennung als APS-Fellow erhält Almudena Arcones „für wegweisende Beiträge in der Astro- und Kernphysik, insbesondere zum Verständnis der Entstehung schwerer Elemente in Supernovae, Neutronensternverschmelzungen und ihrer damit verbundenen Kilonova". Die Forschungsschwerpunkte der Physikerin, die als außerordentliche Professorin für Theoretische Astrophysik an der Technischen Universität Darmstadt tätig ist, liegen unter anderem auf Kernkollaps-Supernovae und Neutronenstern-Verschmelzungen als astrophysikalische Orte des r-Prozesses.
Von 2004 bis 2007 forschte Almudena Arcones am Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching und promovierte 2007 an der Technischen Universität München. Von 2007 bis 2010 arbeitete sie als Postdoctoral Fellow bei GSI und am Institut für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt. Anschließend forschte sie bis 2012 im Department of Physics der Universität Basel. Von 2012 bis 2016 war sie Assistenzprofessorin für theoretische Astrophysik an der Technischen Universität Darmstadt, seit 2016 ist sie außerordentlicher Professorin. Von 2012 bis 2017 leitete sie eine Helmholtz-Nachwuchsgruppe bei GSI.
Almudena Arcones hat bereits mehrere wichtige Auszeichnungen erhalten, unter anderem den ERC-Starting-Grant des Europäischen Forschungsrats 2016. "The origin of heavy elements: a nuclear physics and astrophysics challenge”, lautete ihr Thema. Mit dem Preis konnte sie mit einem Team neue Berechnungen über die Entstehung der Elemente in Sternen durchführen. Diese Simulationen zur Elementsynthese werden als theoretische Arbeiten auch wichtig und zukunftsweisend sein für die experimentelle Forschung am zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino zeigte sich begeistert über die Würdigung von Almudena Arcones: „Die Ernennung zum APS-Fellow ist eine sehr prestigeträchtige Auszeichnung und eine ganz besondere Ehrung, in der sich der Respekt der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem gleichen fachlichen Umfeld ausdrückt. Ich freue mich sehr über die große Anerkennung der Kolleginnen und Kollegen für Almudena Arcones und ihre Arbeit, die auch einen herausragenden Beitrag zur aktuellen und zukünftigen Forschung an GSI und FAIR leistet.“
Die APS gehört zu den weltweit wichtigsten Physikalischen Fachgesellschaften. Gegründet wurde sie 1899 und hat heute mehr als 55 000 Mitglieder weltweit. Sie gliedert sich zahlreiche Fachgruppen, die sich auf alle Bereiche der physikalischen Forschung erstrecken. Den Status eines Fellows erlangen APS-Mitglieder auf der Basis eines genau definierten Nominierungs- und Evaluationsprozesses. Zu ihren Fellows wählt die APS jedes Jahr nicht mehr als ein halbes Prozent ihrer Mitglieder. (BP)
]]>Der Georg-Forster-Preis würdigt Forscherinnen und Forscher aus Schwellen- und Entwicklungsländern, die international anerkannt sind und an entwicklungsrelevanten Themen arbeiten. Die Preisträger und Preisträgerinnen werden von Fachkollegen und Fachkolleginnen aus Deutschland nominiert und eingeladen, Kooperationen mit ihnen zu etablieren oder auszubauen. Finanziert wird der mit je 60.000 Euro dotierte Forschungspreis vom Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung.
Omar Azzaroni studierte Chemie an der Nationalen Universität La Plata UNLP (Universidad Nacional de La Plata) in Argentinien und erlangte 2004 seinen Doktortitel. Seine Postdoc-Studien führten ihn nach Großbritannien an die Universität Cambridge (2004 bis 2006) sowie an das Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz (2007). Dort leitete er von 2009 bis 2013 eine Max-Planck-Partnergruppe, ein Instrument der Max-Planck-Gesellschaft zur gemeinsamen Förderung von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern mit Ländern, die an einer Stärkung ihrer Forschung durch internationale Kooperation interessiert sind. Kontakte zu GSI bestehen seit vielen Jahren, vor allem durch Zusammenarbeit mit GSI-Wissenschaftlerin Dr. Eugenia Toimil-Molares.
Von 2012 bis 2015 war Omar Azzaroni als Vizedirektor des Instituts für Theoretische und Angewandte physikalisch-chemische Forschung INIFTA (Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas) im argentinischen La Plata tätig. Derzeit ist er Fellow des nationalen argentinischen Rats für wissenschaftliche und technologische Forschung CONICET und Leiter des Soft-Matter-Labs am INIFTA. Seit 2009 ist er zudem außerordentlicher Professor für Physikalische Chemie an der Universität La Plata. Zu seinen Forschungsschwerpunkten gehören Festkörper-Nanoporen, nanostrukturierte hybride Interfaces, supra- und makromolekulare Materialwissenschaft und Nanotechnologie.
Omar Azzaroni wird bei seinem Aufenthalt auf dem GSI- und FAIR-Campus mit den Fachkolleginnen und -kollegen aus der GSI-Materialforschung zusammenarbeiten und Nanoporen einsetzen, die durch Bestrahlungen von Kunststofffolien mit hochenergetischen schweren Ionen hergestellt werden. Die Leiterin, Professorin Christina Trautmann, betont in der Würdigung des Preisträgers: „Professor Omar Azzaroni hat durch die Kombination von Polymerwissenschaft, Oberflächenchemie und Nanotechnologie wegweisende Beiträge geleistet.“ Auf Basis seines chemischen Fachwissens entwickelte er Polymerbürsten mit spezieller Zusammensetzung, Struktur und Funktionalitäten wie beispielsweise die Fähigkeit, auf Temperatur zu reagieren.
Während seines Aufenthalts in Deutschland wird sich Omar Azzaroni auf die Herstellung von Nanobauteilen mit chemischen und biologischen Sensoreigenschaften konzentrieren. Dabei werden reaktionsfähige, auf weicher Materie basierende Bausteine in Festkörper-Nanoporen eingebracht. Ziel ist die Realisierung intelligenter Nano-Systeme, die chemisch oder physikalisch ausgelöste Umgebungsveränderungen erkennen und zum Beispiel den Porendurchmesser als Funktion der Temperatur anpassen können. Diese auf intelligenten Materialien basierende Nanotechnologie hat großes Innovationspotenzial und könnte künftig beispielweise in der Arzneimittelverabreichung, der Biosensorik oder der Energieumwandlung neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen. (BP)
]]>Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Ulrich Breuer, Administrativer Geschäftsführer, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer, empfingen die Gäste.
Mit Präsentationen und bei einer Führung erhielten die Gäste einen umfassenden Einblick in die aktuelle und die an den FAIR-Anlagen geplante Forschung. Staatssekretär Lukas zeigte sich beeindruckt sowohl von den Erfolgen von GSI als auch von den herausragenden Aktivitäten im Rahmen des laufenden „FAIR Phase 0“-Programms und von den vielversprechenden wissenschaftlichen Perspektiven, die sich mit der Inbetriebnahme von FAIR ergeben werden: „Naturwissenschaftliche Grundlagenforschung ist ein entscheidendes Fundament für Entwicklung und Fortschritt in einer Gesellschaft. Ihre Förderung ist deshalb ein zentrales Anliegen des Bundesforschungsministeriums. Ich konnte mich heute von der ausgezeichneten Spitzenforschung bei der GSI und den wissenschaftlich faszinierenden Möglichkeiten der künftigen FAIR-Anlagen überzeugen.“
Die einzigartigen Möglichkeiten von FAIR und die zukünftigen Herausforderungen standen auch bei einem Rundgang durch die bestehende Beschleunigeranlage im Fokus. Zu den Stationen, an denen junge Forschende ebenso wie verantwortliche Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Gästen Einblicke in ihre Arbeit gaben, gehörten der Experimentierspeicherring ESR, der Medizinbestrahlungsplatz der Biophysik, die Großexperimente R3B und HADES sowie das Höchstleistungsrechenzentrum von GSI und FAIR, der Green IT Cube. Zusammenfassend zu seinem Besuch betonte Staatssekretär Lukas: „Ich bin besonders beeindruckt von der hohen Kompetenz und der Begeisterung der jungen Forschenden für ihre Arbeit an der GSI, die ich während des Besuchs getroffen habe.“
Mit dem bei GSI entstehenden internationale Beschleunigerzentrum FAIR sollen extreme Zustände von Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, 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 an der GSI auf. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 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.
Der Experimentspeicherring ESR beispielsweise erlaubt die Speicherung und (Strahl-)Kühlung von hochgeladenen Ionen und von exotischen Kernen. Dabei werden die gespeicherten Ionenstrahlen mit höchster Qualität und Präzision für einzigartige Experimente eingesetzt werden, die die fundamentalen Gesetze der Physik überprüfen und die Tür zur Untersuchung wichtiger astrophysikalischer Prozesse öffnen. Die Speicherringphysik gehört zu den Alleinstellungsmerkmalen bei GSI und FAIR.
Am Medizinbestrahlungsplatz, an dem 1997 erstmals in Europa Krebspatienten 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.
Mit dem R3B-Experiment, das von einer internationalen Kollaboration für FAIR aufgebaut wurde und bereits im Rahmen des „FAIR Phase-0“-Forschungsprogramms in Betrieb ist, werden Reaktionsexperimente mit hochenergetischen exotischen Kernen durchgeführt. Diese Untersuchungen sind wichtig für das Verständnis des Ursprungs der schweren Elemente im Universum, wie zum Beispiel Gold.
Der HADES Detektor (Hi Acceptance Di-Electron Spectrometer) für FAIR ist ebenfalls bereits einsatzbereit und wird genutzt, um hochenergetische Kern-Kern-Kollisionen zu untersuchen. HADES wird es ermöglichen, die Eigenschaften heißer, hoch verdichteter Kernmaterie zu verstehen, wie sie im Universum zum Beispiel bei der Kollision von Neutronensternen entsteht.
Der Green IT Cube schließlich ist ein besonders leistungsfähiges und zugleich energieeffizientes Rechenzentrum, das einzige in Deutschland, das mit dem Umweltzertifikat Blauen Engel ausgezeichnet wurde. Er wurde als zentrales IT-Zentrum für die Speicherung und Auswertung der riesigen Datenmengen konzipiert, die bei den FAIR-Experimenten anfallen werden. (BP)
]]>Niedermayer ist am Institut für Teilchenbeschleunigung und Elektromagnetische Felder (TEMF) am Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Darmstadt tätig. Er arbeitet dort in der Fachgruppe von Professor Oliver Boine-Frankenheim, dem Leiter der GSI-Abteilung Beschleunigerphysik. Uwe Niedermayer hat in seiner Doktorarbeit auch Simulationsrechnungen für die Auslegung des Ringbeschleunigers SIS100 vorgenommen, dem Herzstück des FAIR-Beschleunigerzentrums, das derzeit bei GSI entsteht.
Den Preis erhält Uwe Niedermayer für seine herausragenden, im Rahmen seiner Promotion und ersten Forschungsphase erbrachten wissenschaftlichen Leistungen. Ein von ihm erdachtes Beschleunigungsschema gilt als einer der wichtigsten Durchbrüche auf dem Weg zu einem neuartigen lasergetriebenen, dielektrischen Elektronenbeschleuniger auf einem Mikrochip. Gleichzeitig steuert Niedermayer mit seiner Forschung wichtige Beiträge auf dem Gebiet der Hochtemperatur-Dünnfilm-Supraleiter für die Designstudie des am CERN in Genf geplanten Future Circular Collider (FCC) bei.
„Durch seine Arbeiten hat sich Uwe Niedermayer bereits nach einer relativ kurzen Forschungsphase ein international hohes Ansehen und eine große Wertschätzung erworben. Seine Aktivitäten lassen weitere herausragende Forschungsergebnisse in näherer Zukunft erwarten“, heißt es in der Würdigung. Der von der DPG und ihrem Arbeitskreis Beschleunigerphysik (AKBP) verliehene Forschungspreis dient der Förderung der Beschleunigerphysik als eigenständiges Forschungsgebiet in Deutschland und wird an Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler an deutschen Universitäten oder Forschungseinrichtungen vergeben, deren Promotion nicht länger als fünf Jahre zurückliegt und die sich durch herausragende, originelle und eigenständige Forschungsbeiträge profiliert haben.
Überreicht wurde der Preis auf dem Machine-Learning-Seminar der DPG im Physikzentrum Bad Honnef. Bei der Veranstaltung wurde die Darmstädter Beschleuniger-Expertise noch ein weiteres Mal durch eine Preisverleihung gewürdigt: Dr. Bernhard Franzke konnte den Horst-Klein-Preis des DPG-Arbeitskreises Beschleunigerphysik in Empfang nehmen, der sich an international ausgewiesene Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler richtet, die sich durch herausragende Leistungen von großer Tragweite und hoher Originalität profiliert haben. Der Preis war ihm im Frühjahr verliehen worden (wir berichteten), konnte zu diesem Zeitpunkt aber nicht überreicht werden. Bernhard Franzke war lange Jahre in leitender Position Beschleuniger-Physiker bei GSI und maßgeblich an Bau und Entwicklung des UNILAC, des ESR und vieler Experimente beteiligt. In den Jahren 2000 bis 2005 hat er maßgeblich das Konzept der Speicherringe bei FAIR entwickelt. (BP)
]]>Prof. Geissel erhält die Auszeichnung für seine langjährige erfolgreiche Forschung mit kurzlebigen Kernen und die Untersuchung ihrer Eigenschaften. Gemeinsam mit den polnischen Wissenschaftlern Prof. Dr. Zygmunt Patyk (Nationales Zentrum für Kernforschung, Świerk-Warschau) und Prof. Dr. Marek Pfützner (Universität Warschau) führte er Pionierexperimente mit dem GSI-Fragmentseparator FRS durch. So konnte er mit Prof. Patyk und dessen Arbeitsgruppe erstmals hochgenaue Massenmessungen von exotischen Kernen vornehmen, die am FRS produziert, separiert und im Speicherring ESR gekühlt wurden. Auch aus der Zusammenarbeit mit Prof. Pfützner und seiner Arbeitsgruppe resultieren viele weltweit beachtete Publikationen, von denen die Entdeckung von zahlreichen neuen Isotopen und der Zwei-Protonen-Radioaktivität besonders herausragend sind. Mit insgesamt 276 entdeckten Isotopen hält Prof. Geissel seit 2012 den Weltrekord.
„Dieser Preis stellt natürlich auch eine internationale Anerkennung der wissenschaftlichen Arbeiten der gesamten Forschungsgruppe am FRS und FRS-ESR dar“, so Prof. Geissel. „Ebenso danken möchte ich bei dieser Gelegenheit meinen ehemaligen Lehrern, den Professoren Heinz Ewald, Ulrich Mosel, Gottfried Münzenberg, Werner Scheid und Herrmann Wollnik, die mir den Weg zur Ionenforschung aufgezeigt haben.“ Im Zusammenhang mit der Auszeichnung sind weitere Forschungsarbeiten der internationalen deutsch-polnischen Kollaboration geplant, die bis zum Jahr 2023 verwirklicht werden sollen. Daran sind auch japanische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beteiligt. Erste Experimente sind bereits im Frühjahr dieses Jahres erfolgreich am FRS durchgeführt worden. Weitere Forschungsarbeiten am Teilchenbeschleuniger FAIR in Darmstadt und im japanischen Forschungszentrum RIKEN sollen die Grundlage für weitere wissenschaftliche Erfolge in der nahen Zukunft bilden.
Die beiden beteiligten polnischen Institutionen – das Nationale Zentrum für Kernforschung und die Universität Warschau – sind Mitglieder der Super-FRS Experiment Kollaboration und gehören somit zur NUSTAR-Aktivität (NUclear STructure Astro-physics and Reactions) bei FAIR. Aufenthalte von Prof. Geissel mit Vorlesungen sind auch an der Universität Warschau und dem Nationalen Zentrum für Kernforschung in Warschau geplant, da die Ausbildung und Motivation der jungen Physikstudierenden ein Hauptanliegen aller beteiligten Institutionen ist.
Die Foundation for Polish Science zeichnet jährlich Arbeiten in verschiedenen wissenschaftlichen Fachrichtungen aus. In diesem Jahr werden neben Prof. Geissel ein Wissenschaftler aus der Biomineralogie sowie eine Wissenschaftlerin aus dem Fachgebiet Geschichte gewürdigt. (JL)
Diese Meldung basiert auf einer Nachricht der Justus-Liebig-Universität Gießen
]]>Hochpräzise Messungen der Masse des Deuterons, des Kerns von schwerem Wasserstoff, bringen neue Erkenntnisse über die Zuverlässigkeit fundamentaler Größen der Atom- und Kernphysik. Das berichtet eine Kollaboration unter der Leitung des MPI für Kernphysik mit Partnern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt sowie des Helmholtz-Instituts Mainz in der Fachzeitschrift „Nature“. Damit stehen nun direkt auf den atomaren Massenstandard bezogene Daten für Wasserstoff H, Deuterium D und das Molekül HD, das die Wissenschaftler ebenfalls neu gewogen haben, zur Verfügung.
Die Massen der Atomkerne wie auch die des Elektrons beeinflussen zahlreiche Eigenschaften von Atomen und Molekülen, beispielsweise ihre Spektren – also welche Lichtfarben sie absorbieren oder emittieren. Physiker wünschen sich möglichst genaue Werte dieser Massen, denn nur mit deren Kenntnis ist es möglich, die Spektren mit Hilfe der Atomphysik präzise zu berechnen – um sie dann mit direkten Messungen zu vergleichen und so beispielsweise Rückschlüsse auf die Zuverlässigkeit der grundlegenden physikalischen Theorien zu ermöglichen.
Von besonderem Interesse sind in diesem Kontext Wasserstoff und seine Isotope, denn deren einfache Elektronenhülle mit nur einem einzigen Elektron lässt extrem präzise Berechnungen und damit sehr sensitive Tests grundlegender physikalischer Theorien zu. Darüber hinaus lässt sich aus der Masse des Deuterons auch die Masse des Neutrons – des zweiten Bestandteils der Atomkerne neben dem Proton – ableiten. Nachdem sie in den letzten Jahren schon das Elektron und das Proton, den Kern des gewöhnlichen Wasserstoffatoms, präzise gewogen hatten, haben Forschende um Klaus Blaum und Sven Sturm vom MPI für Kernphysik jetzt auch das Deuteron, den Kern von schwerem Wasserstoff, bestehend aus einem Proton und einem Neutron, sowie das HD+-Molekülion auf die „Präzisionswaage“ gelegt. Da Deuterium selten ist und normalerweise leicht durch den viel häufigeren normalen Wasserstoff ersetzt wird, hat die Arbeitsgruppe von Christoph Düllmann in Mainz eine spezielle Deuterium-Probe passgenau für die verwendete Apparatur hergestellt.
Als Präzisionswaagen für Ionen haben sich Penningfallen bewährt. In solch einer Falle kann man einzelne geladene Teilchen mit Hilfe von elektrischen und magnetischen Feldern für lange Zeit einsperren. Das gefangene Teilchen führt in der Falle eine charakteristische Bewegung aus, die durch eine Frequenz beschrieben wird. Diese Frequenz hängt von der Masse des gefangenen Teilchens ab – schwerere Teilchen schwingen langsamer als leichtere. Wenn man nun zwei unterschiedliche, einzelne Ionen nacheinander in der gleichen Falle vermisst, kann man so das Verhältnis der Massen exakt ermitteln – ähnlich wie auf einer klassischen mechanischen Balkenwaage.
Der Massenstandard für Atome ist das Kohlenstoffisotop 12C, das per Definition 12 atomare Masseneinheiten schwer ist. „Unsere LIONTRAP genannte Penningfallen-Apparatur befindet sich in nahezu perfektem Vakuum bei einer Temperatur von etwa 4 Grad über dem absoluten Nullpunkt (–269°C) in einem supraleitenden Magneten. Darin haben wir je ein Deuteron (D+) und ein Kohlenstoffion (12C6+) präpariert, abwechselnd eines davon aus seiner Speicherfalle in die dazwischen eingebaute Präzisionsfalle transferiert und seine Bewegung genauestens vermessen“, erklärt Sascha Rau, der die Messungen im Rahmen seiner Dissertation durchgeführt hat, das Messprinzip. „Aus dem so erhaltenen Verhältnis der Frequenzen beider Ionen ergibt sich direkt die Masse des Deuterons in atomaren Einheiten.“ Das Kohlenstoffion agiert also als Referenzgewicht auf der „Balkenwaage“.
Bei der Auswertung der Messdaten mussten die Physiker eine Vielzahl an unvermeidlichen systematischen Effekten sehr sorgfältig berücksichtigen. Als Ergebnis erhielten sie die Masse des Deuterons zu 2,013553212535(17) atomaren Einheiten, wobei die Zahl in Klammern die Unsicherheit der letzten Stellen angibt. Die mit derselben Methode bestimmte Masse des Wasserstoff-Molekülions HD+ beträgt 3,021378241561(61) atomare Einheiten.
Der neue Wert für die Masse des Deuterons ist der genaueste jemals gemessene, ist aber signifikant kleiner als der tabellierte Referenzwert. „Um unser Ergebnis zu validieren, haben wir damit und mit den früher von uns gemessenen Massen des Protons und des Elektrons sowie der bekannten Bindungsenergie die Masse von HD+ berechnet. Das Resultat stimmt hervorragend mit unserem direkt gemessenen Wert überein. Außerdem passt das aus unseren Daten abgeleitete Massenverhältnis von Deuteron zu Proton sehr gut zu dem von einer anderen Gruppe direkt gemessenen Wert“, freut sich Sven Sturm. Diese Konsistenz der Daten untermauert die verwendete Messmethodik und legt es nahe, dass die Referenzwerte korrigiert werden sollten. Außerdem verringern die neuen Daten die bisher bei den Massen leichter Kerne bestehenden Diskrepanzen erheblich. Um diese jedoch vollständig aufzuklären, sind weitere hochpräzise Massenmessungen – direkt in atomaren Einheiten – an überschwerem Wasserstoff (Tritium) und leichtem Helium erforderlich. (MPIK/CP/BP)
Pressemitteilung auf der Webseite des Max-Planck-Instituts für Kernphysik
Begleitartikel in der Rubrik "News and Views" im Fachmagazin Nature (Englisch)
]]>Kavitäten oder auch Hohlraumresonatoren sind zentrale Elemente von Beschleunigern. Darin schwingen starke elektromagnetische Felder, die ihre Energie auf die entlang der Röhrenachse fliegenden Teilchen übertragen. Um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern, werden die Oberflächen verkupfert. Bei GSI und FAIR ist die Galvanik-Abteilung dafür zuständig, Tanks und Bauteile der Teilchenbeschleuniger von innen mit einer Schicht aus hochglänzendem Kupfer zu überziehen. Die Aufgabe der Galvanisierung ist anspruchsvoll, die Anforderungen an die Oberflächenqualität sind hoch.
Aktuell muss die Alvarez-Beschleunigungsstruktur, ein Abschnitt des GSI-UNILAC, für zukünftige Höchstleistungen ersetzt werden, damit FAIR die geplante hohe Strahlqualität liefern kann. Einer der kritischen Punkte bei diesem Upgrade ist das Verkupfern besonders großer Kavitäten-Sektionen. Eine Herausforderung, die bei GSI letztmalig vor über 20 Jahren anstand. Dennoch ist es der GSI-Galvanik nun gelungen, bereits beim ersten Versuch ihre Fähigkeit zu demonstrieren und eine Kavität dieser Größe zu verkupfern. Somit ist ein sehr entscheidender Aspekt des Alvarez-Ersatzes adressiert und positiv gelöst worden.
Die Galvanik-Anlage, die im Laufe der Forschungsjahre und des Beschleunigerausbaus auf dem GSI- und FAIR-Campus entstanden ist, ist einmalig. Sie erlaubt Hochglanz-Verkupferungen von Metalloberflächen wie Stahl und Edelstahl bis zu 200 Mikrometer Dicke. Vor allem die Größe der Elemente, die verkupfert werden können, macht die Anlage außergewöhnlich. Sogar ein Kran kommt beim Manövrieren zum Einsatz, um die teils tonnenschweren Bauteile zwischen den verschiedenen Reinigungs- und Beschichtungsbädern hin und her zu bewegen. Ausführbar sind Verkupferungen von Elementen bis zur maximalen Länge von 2,5 Meter sowie einem Durchmesser von bis zu 2,5 Meter. (BP)
]]>Wir blicken nicht nur auf unsere Geschichte zurück, sondern auch in die Zukunft: auf unsere Experimente der FAIR-Phase 0, auf neue FAIR-Komponenten und auf die Vergabe von ERC-Stipendien an unsere Forschenden. In dieser Ausgabe freuen wir uns besonders, Ihnen unseren neuen Administrativen Geschäftsführer, Dr. Ulrich Breuer, vorzustellen. Des Weiteren berichten wir über die Zusammenkunft internationaler Elemententdecker, verschmelzende Neutronensterne, Sternkollisionen bei 800 Milliarden °C, weitere Forschungshighlights und vieles mehr.
Die Gelegenheit unseres Jubiläums haben wir genutzt, um unserem Magazin ein neues Aussehen zu geben. In diesem neuen Look werden wir Sie weiterhin über die Fortschritte unserer Forschungsprogramme und den Bau von FAIR sowie über aktuelle Ereignisse auf unserem Campus auf dem Laufenden halten. (CP)
Download von "target" – Ausgabe 18, August 2020 (PDF, 12 MB)
Download der Corona-Sonderbeilage, August 2020 (PDF, 3 MB)
Durante ist weltweit anerkannter Experte auf dem Gebiet der Strahlenbiologie und der medizinischen Physik. Er wird mit dem Preis für seine bedeutenden Beiträge zur Optimierung der Therapie mit Schwerionen und für seine Studien zu Strahlenschutz im Weltraum ausgezeichnet. „Die Auszeichnung ist eine große Ehre für mich. Als Student las ich die Veröffentlichung anlässlich des Failla-Preises über schwere Ionen in Therapie- und Weltraumforschung von Cornelius Tobias (Lawrence Berkeley Laboratory), dem Vater der Schwerionentherapie, und war von diesem Thema begeistert. 37 Jahre nach dieser Veröffentlichung und nachdem ich meine gesamte wissenschaftliche Laufbahn mit genau diesem Thema verbracht habe, erhalte ich die gleiche Auszeichnung. Dieser Preis würdigt die Forschung meines Teams bei GSI/FAIR in den letzten Jahren und bestätig die wissenschaftliche Arbeit der gesamten Abteilung Biophysik“, reagierte Professor Durante auf die Nachricht der RRS. „Der Preis ist für uns ein enormer Ansporn unsere Forschung mit der Biophysik-Kollaboration bei GSI und in Zukunft an der FAIR-Anlage auf höchstem Niveau weiterzuführen.“
Hocherfreut über die Auszeichnung zeigt sich Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR: „Ich freue mich außerordentlich, dass die herausragenden Forschungsleistungen von Marco Durante und seinem Team mit der Verleihung des Failla-Preises, die wohl weltweit wichtigste Auszeichnung in diesem Bereich, die verdiente Anerkennung finden. Die Arbeiten von Marco Durante und seinem Team sind ein Paradebeispiel dafür, wie Grundlagenforschung und Anwendungen an einem interdisziplinären Forschungszentrum zusammenfinden können und unterstreicht die Exzellenz der wissenschaftlichen Forschung bei GSI und FAIR,“.
Benannt ist der prestigeträchtige Preis nach dem Wissenschaftler Gioacchino Failla, ehemaliger Präsident der RRS und einer ihrer Gründerväter. Er wird jährlich an ein herausragendes Mitglied der Strahlungsforschungsgemeinschaft verliehen, welches bedeutende Beiträge auf den Gebieten der Strahlenwissenschaften geleistet hat. Die Überreichung des Preisgeldes in Höhe von $2000 und einer dazugehörigen Medaille findet für gewöhnlich im Rahmen der Jahrestagung der RRS statt. Es handelt sich um die höchste Auszeichnung der RRS, die seit 1963 verliehen wird und bisher nur an wenigen Europäern, darunter einem einzigen in Deutschland arbeitenden Forscher (Herwig Paretzke 2007), vergeben wurde. Aufgrund der Corona-Pandemie veranstaltet die RRS ihre Jahrestagung in diesem Jahr virtuell, so dass der Preis vorab übermittelt wird. Im Rahmen des Online-Events im Oktober 2020 wird Durante seinen eingeladenen Vortrag halten.
Marco Durante ist Leiter der GSI-Forschungsabteilung Biophysik und Professor am Fachbereich Physik der TU Darmstadt, Institut für die Physik kondensierter Materie. Er studierte Physik und promovierte an der Universität Federico II in Italien. Seine Postdoc-Stellen führten ihn ans NASA Johnson Space Center in Texas und zum National Institute of Radiological Sciences in Japan. Während seiner Studien spezialisierte er sich auf die Therapie mit geladenen Teilchen, auf kosmische Strahlung, Strahlungszytogenetik und Strahlenbiophysik. Für seine Forschung wurde er vielfach ausgezeichnet, unter anderem mit dem Galileo-Galilei-Preis der Europäischen Föderation der Organisationen für Medizinische Physik (EFOMP), den Timoffeeff-Ressovsky-Preis der Russischen Akademie der Wissenschaften (RAS), den Warren-Sinclair-Preis des amerikanischen National Council of Radiation Protection (NCRP), dem IBA-Europhysik-Preis der Europäischen Physik-Gesellschaft (EPS) und dem von der European Radiation Research Society (ERRS) vergebenen Bacq & Alexander-Preis der Europäischen Gesellschaft für Strahlenforschung. Vor kurzem hat er einen ERC Advanced Grant erhalten. (JL)
Gibt es Leben nur auf der Erde? Wie ist das Universum, in dem wir leben, entstanden? Und was hält die Materie im Innersten zusammen? Diesen Fragestellungen gehen Forscherinnen und Forscher der Bergischen Universität Wuppertal anhand verschiedener Großexperimente auf den Grund. Die Astroteilchenphysikerinnen und -physiker erhalten für ihre Forschung eine Förderung durch das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung, das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, vertreten durch die Projektträger DLR und PT-DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron), und durch das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.
Für ihre Vorhaben bekommen die Wuppertaler Forscherinnen und Forscher unter Leitung der Astroteilchenphysiker Professor Dr. Karl-Heinz Kampert und Professor Dr. Klaus Helbing eine Förderung von insgesamt rund zwei Millionen Euro. Mehrere Großprojekte sind damit verbunden.
Eine Mission ins äußere Sonnensystem soll klären, ob sich dort Leben entwickelt hat. Im Rahmen eines vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) initiierten Projekts erarbeiten die Forschenden der Bergischen Universität neue Techniken zur Radar-basierten Navigation im Eis. Diese Methoden sollen bei einer möglichen Mission zum Eismond Europa zum Einsatz kommen.
In der Galaxis jenseits unseres Sonnensystems spielen Supernovae, also massereiche Sterne, eine wichtige Rolle bei der Entstehung der chemischen Elemente, die das Leben bei uns erst ermöglichen. Welche Kräfte wirken dabei und wie verhält sich die Materie unter extremen Bedingungen, wie sie beispielsweise im Inneren von Neutronensternen existieren? Dieser Fragestellung gehen die Forschenden im CBM-Experiment nach. Das Experiment für verdichtete Kernmaterie CBM (Compressed Baryonic Matter) ist derzeit im Rahmen des FAIR-Projekts in der Realisierung. Es ist eine der vier großen Forschungssäulen des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR, das beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt entsteht. Dabei werden Forscherinnen und Forscher unter anderem Vorgänge in Neutronensternen mit nie da gewesener Präzision und über einen sehr weiten Dichtebereich untersuchen können.
Um höchstenergetische Teilchen riesiger Galaxien fernab der Milchstraße geht es in einem weiteren Projekt. Wie erreichen sie die extremen Energien und wie kommen sie über Millionen von Jahren durch die extra-galaktischen Magnetfelder bis zu uns auf die Erde? Dazu werden die verschiedenen Teilchen mit dem Pierre-Auger-Observatorium auf der Erde gemessen und mit kosmologischen Simulationen verglichen. Der Nachweis von Photonen, die diese riesigen Distanzen zurücklegen, gibt zudem wichtige Hinweise auf die Raum-Zeit-Struktur.
Unser heutiges Universum besteht überwiegend aus Materie und nicht aus Antimaterie. Die Ursachen für diese Dominanz sind bislang völlig unverstanden. Ein Schlüssel zum Verständnis könnte das sogenannte „Geisterteilchen“-Neutrino sein. Mit dem KATRIN-Experiment (KArlsruhe TRItium Neutrino Experiment) soll die Masse des Neutrinos bestimmt werden, die ein Schlüssel zu diesem Rätsel sein könnte. Auch Teilchen, die als sogenannte „Dunkle Materie“ mit den Neutrinos in Wechselwirkung treten, könnten in diesem Rahmen nachgewiesen werden.
Das Neutrino wird seit einigen Jahren auch in der Astronomie und Kosmologie genutzt. Mit dem IceCube-Teleskop, das in der Antarktis direkt am Südpol steht, suchen die Wuppertaler Forschenden nach Teilchen, die kurz nach dem Urknall entstanden sein sollen. Aus ihren Eigenschaften lassen sich die Abläufe bei der Entstehung des Universums rekonstruieren. Derzeit wird an einem Upgrade für den Teilchendetektor gearbeitet. Die Wuppertaler Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickeln dafür mit internationalen Kolleginnen und Kollegen neue Sensoren. (BUW/BP)
]]>Die Gäste wurden von Professor Paolo Giubellino, dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI und FAIR, Dr. Ulrich Breuer, dem Administrativen Geschäftsführer, und Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer, empfangen. Außerdem gehörten der Leiter der IT-Abteilung bei GSI und FAIR, Dr. Thorsten Kollegger, der Leiter Technologietransfer, Dr. Tobias Engert, und Carola Pomplun von der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit zu den Teilnehmenden von GSI und FAIR.
Zentrales Thema des Besuchs von Patrick Burghardt war die nachhaltige Digitalisierung. Hierbei bietet der energieeffiziente Green IT Cube sowohl großes wissenschaftlich-technologisches als auch wirtschaftliches Potenzial. Der Staatssekretär nutzte die Gelegenheit, sich in Präsentationen und bei einer Führung durch den Green IT Cube umfassend über das Höchstleistungsrechenzentrum und seine Infrastruktur zu informieren und zeigte sich sehr interessiert an den vielversprechenden Perspektiven. In den anschließenden Diskussionen ging es auch darum, potentielle Kooperationen und gemeinsame Ziele für Erforschung, Entwicklung und Nutzung der Green-IT-Technologie auszuloten.
Der Green IT Cube auf dem GSI/FAIR-Campus stellt enorme Rechenkapazitäten für Experimente an den Beschleunigeranlagen von GSI und zukünftig von FAIR bereit. Er gehört zu den leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Zugleich setzt er Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und kosteneffizient. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung. Bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung beträgt diese Relation 30 bis 100 Prozent. Der Green IT Cube hat bereits zahlreiche Auszeichnungen erhalten, unter anderem jüngst den Blauen Engel, das Umweltzeichen der Bundesregierung.
Nach der Besichtigung des Green IT Cube hatten die Gäste noch Gelegenheit, sich über den aktuellen Stand des FAIR-Bauprojekt zu informieren und die Fortschritte auf dem 20 Hektar großen Baufeld in Augenschein zu nehmen: von den fertiggestellten Abschnitten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 über das derzeit entstehende Kreuzungsgebäude bis zum ersten der künftigen Groß-Experimentierplätze. (BP)
]]>Superschwere Elemente sind faszinierende nukleare und atomare Quantensysteme, die die experimentelle Erprobung herausfordern, da sie in der Natur nicht vorkommen und, wenn sie künstlich hergestellt werden, innerhalb von Sekunden zerfallen. Um die Spitzenforschung in der Atomphysik auf diese Elemente auszuweiten, sind bahnbrechende Entwicklungen hin zu schnellen Atomspektroskopietechniken mit extremer Empfindlichkeit erforderlich. Eine gemeinsame Anstrengung im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms Horizont 2020 der Europäischen Union (EU) unter der Leitung von Dr. Mustapha Laatiaoui, Wissenschaftler an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und am Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer Außenstelle des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, mündete in die Entwicklung einer neuen Methode der optischen Spektroskopie: Die als Laserresonanzchromatographie (LRC) bezeichnete Technik soll solche Untersuchungen auch bei kleinsten Produktionsmengen ermöglichen. Der Vorschlag wurde kürzlich in den Fachzeitschriften Physical Review Letters und Physical Review A veröffentlicht.
Superschwere Elemente – abgekürzt SHE für Superheavy Elements – sind ganz unten im Periodensystem der Elemente aufzufinden. Sie stellen einen fruchtbaren Boden dar, um ein Verständnis dafür zu entwickeln, wie solche exotischen Atome existieren und funktionieren können, wenn eine überwältigende Anzahl von Elektronen in den Atomhüllen und Protonen und Neutronen im Kern zusammenkommen. Einblicke in ihre elektronische Struktur können durch optische Spektroskopie-Experimente gewonnen werden, die elementspezifische Emissionsspektren enthüllen. Diese Spektren liefern wertvolle Informationen für moderne Atommodell-Berechnungen und wären etwa auch nützlich bei der Suche nach Spuren noch schwererer Elemente, die beispielsweise bei Neutronensternverschmelzungen entstehen können.
Obwohl SHEs schon vor Jahrzehnten entdeckt wurden, hinkt ihre Untersuchung mit optischer Spektroskopie der Synthese dieser Elemente weit hinterher. Der Grund ist, dass sie nur in kleinsten Mengen hergestellt werden und daher nicht mit traditionellen Methoden zu erforschen sind. Bislang endet die optische Spektroskopie bei Nobelium, Element 102 im Periodensystem. "Die derzeitigen Techniken sind an der Grenze des Machbaren angelangt", erklärt Laatiaoui. "Ab dem nächst schwereren Element ändern sich die physikalisch-chemischen Eigenschaften schlagartig und erschweren die Bereitstellung von Proben in geeigneten atomaren Zuständen."
Der Physiker hat zusammen mit Forschungskollegen daher den neuartigen Ansatz der LRC-Technik entwickelt. Sie kombiniert die Elementselektivität und spektrale Präzision der Laserspektroskopie mit der Ionenmobilitätsmassenspektrometrie und vereint die Vorteile einer hohen Empfindlichkeit mit der "Einfachheit" der Laser-induzierten Fluoreszenzspektroskopie. Die Kernidee besteht darin, die Produkte resonanter optischer Anregungen nicht anhand von Fluoreszenzlicht wie üblich, sondern anhand ihrer charakteristischen Driftzeit zu einem Teilchendetektor zu detektieren.
In ihrer theoretischen Arbeit konzentrierten sich die Autoren auf einfach geladenes Lawrencium, Element 103, und auf sein leichteres chemisches Homolog. Aber das Konzept bietet einen beispiellosen Zugang zur Laserspektroskopie vieler anderer monoatomarer Ionen des Periodensystems, insbesondere der Übergangsmetalle einschließlich der hochtemperaturbeständigen Refraktärmetalle und der Elemente jenseits des Lawrenciums. Andere Ionenspezies wie das dreifach geladene Thorium sollen ebenfalls in Reichweite der LRC-Methode liegen. Darüber hinaus ermöglicht die Methode die Optimierung des Signal-Rausch-Verhältnisses und erleichtert damit die Ionenmobilitätsspektrometrie, die zustandsselektive Ionenchemie und andere Anwendungen.
Dr. Mustapha Laatiaoui kam im Februar 2018 an die JGU und das Helmholtz-Institut Mainz und erhielt für seine Forschungen zur Untersuchung der schwersten Elemente mittels Laserspektroskopie und Ionenmobilitätsspektrometrie Ende 2018 eine der höchstdotierten Fördermaßnahmen der EU, den ERC Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats. In die aktuellen Veröffentlichungen gingen auch Arbeiten ein, die der Physiker bei vorherigen Tätigkeiten bei GSI in Darmstadt und an der Katholischen Universität Löwen in Belgien durchgeführt hatte.
Die Arbeit erfolgte in Kooperation mit Alexei A. Buchachenko vom Skolkovo Institute of Science and Technology und Institute of Problems of Chemical Physics, beide in Moskau, Russland, und Larry A. Viehland von der Chatham University, Pittsburgh, USA. (CP)
Mehrere wichtige Realisierungsetappen sind im Bilder-Slider zu sehen: Der Tunnel für den SIS100-Beschleunigerring ist im Bau, und das Kreuzungsgebäude wächst aus dem Boden. Auch das erste Experimentier-Cave, das Gebäude für das Compressed Baryonic Matter-Experiment (CBM) nimmt Formen an. Die Betrachter können selbst die FAIR-Baustelle im Jahr 2018 und 2020 vergleichen:
Die Drohnenbilder sind bei den regelmäßigen Überflügen entstanden, bei denen die Drohnenvideos zur Dokumentation der Baustelle aufgenommen werden. Alle Drohnenvideos finden Sie hier.
FAIR, die Facility for Antiproton and Ion Research, ist eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute.
(LW)
Neben Informationen zum Wissenschaftsbetrieb und zum aktuellen Stand des FAIR-Projekts gehörte eine Rundfahrt über die FAIR-Baustelle zum Besuchsprogramm. Außerdem konnte Marcus Bühl bei einem Rundgang Einblicke in die bestehenden Beschleunigeranlagen und Experimentiereinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus erhalten. Er besichtigte die Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten, in der vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, den Experimentierspeicherring ESR, den Therapieplatz zur Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen sowie den Großdetektor HADES und das Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube.
]]>In großen Forschungsinfrastrukturen wie GSI, das bereits seit der Gründung starke internationale Kooperationen pflegt, oder auch dem von mehreren Ländern getragenen FAIR-Projekt, ist Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Menschen und Kulturen schon lange gelebte Vielfalt. So kann Wissen und Knowhow aus der gesamten Welt für Forschung und Hightech-Entwicklungen zusammengebracht werden, um beste Resultate zu erzielen. Die Basis dazu wird nun in der Helmholtz-Leitlinie verschriftlicht, um Rahmenbedingungen dafür zu schaffen, Vielfalt und Inklusion auch in den Prozessen, Strukturen und Gegebenheiten des Zentrums abzubilden.
Ausgangspunkt ist eine einfache Erkenntnis: Menschen sind vielfältig. Die derzeit 40.000 Mitarbeitenden der Helmholtz-Gemeinschaft und natürlich auch die rund 1450 Mitarbeitenden von GSI und FAIR unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht voneinander: in ihrem persönlichen Lebensentwurf bzw. ihrer persönlichen Lebenssituation, ihrem Geschlecht, ihrer Weltanschauung, ihrer Biografie und Herkunft, ihren Fähigkeiten und Neigungen, ihrem äußeren Erscheinungsbild und vielen anderen Aspekten. Diese Summe der menschlichen Unterschiede, die wahlweise als „Diversität“ oder „Vielfalt“ bezeichnet wird, erkennen die Helmholtz-Mitglieder als unumstößliche Tatsache an.
Unter Inklusion wird die aktive Gestaltung der Organisationskultur verstanden, um alle Personen zu berücksichtigen und ihnen gleichermaßen Chancen auf Einflussnahme, Mitwirkung und individuelle Weiterentwicklung zu ermöglichen. Erfolgreiche Inklusion zeigt sich darin, dass die Menschen, die in und mit den Zentren arbeiten, eine Atmosphäre von Respekt und Fairness, Wertschätzung und Zugehörigkeit, Sicherheit und Offenheit erleben und überzeugt davon sind, hier ihre Talente voll entwickeln und persönlich wachsen zu können. (CP)
Thomas Friedrich forscht daran, wie man die Wirkung von Strahlung auf Zellen und Gewebe in Abhängigkeit ihrer physikalischen Eigenschaften wie Strahlenart, Dosis und Energie beschreiben kann. In seiner Habilitationsschrift geht es insbesondere um die Beschreibung und Vorhersage der erhöhten Wirkung von Ionenstrahlung. Dies ist vor allem in der Tumortherapie mit geladenen Teilchen ein wichtiger Faktor. Seine Beiträge in diesem Bereich befassen sich mit der Entwicklung eines entsprechenden mathematischen Formalismus, sowie allgemein mit Methoden und Strategien zum Bewerten und Testen solcher Modelle.
Dabei gelang es, ausgehend von dem bei GSI entwickelten "Local Effect Model", das seit langem in der Teilchentherapie eingesetzt wird, die Konsistenz der erarbeiteten Modellierungsansätze auch durch Anwendung auf andere Strahlenarten zu zeigen. Hierzu wurde nachgewiesen, dass mit einem einheitlichen Konzept eine Reihe von Strahleneffekten nach verschiedenen Bestrahlungsszenarien beschrieben und vorhergesagt werden kann. Dies umfasst eine große Bandbreite von Ionensorten und Teilchenenergien – von fast stoppenden Teilchen bis hin zu sehr schnellen Teilchen mit Energien, wie sie das künftige Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, mit bisher unerreichten Möglichkeiten bereitstellen wird.
Die erarbeiteten Methoden und Ergebnisse der ausgezeichneten Forschungsarbeit von Thomas Friedrich sind zudem ein Beitrag zur translationalen Forschung an der Schnittstelle zwischen experimenteller und klinischer Wissenschaft: Er spannt damit den Bogen von der Grundlagenforschung zur klinischen Anwendung von Forschungsergebnissen.
Thomas Friedrich studierte an der Technischen Universität Darmstadt und promovierte am dortigen Institut für Kernphysik. Im Jahr 2008 kam er als Postdoc zu GSI in die Abteilung Biophysik. Seitdem arbeitet er im Umfeld der biophysikalischen Modellierung zur Vorhersage von Strahlenwirkung. Seit 2015 ist er hier als Senior Scientist tätig. Für seine Forschung hat er schon zahlreiche Stipendien und Auszeichnungen erhalten, unter anderem den Nachwuchspreis der Deutschen Gesellschaft für Biologische Strahlenforschung. Neben seiner Forschungstätigkeit beim GSI Helmholtzzentrum lehrt Thomas Friedrich als Privatdozent am Fachbereich Physik der TU Darmstadt und bietet dort Physik-Grundvorlesungen sowie weiterführende Veranstaltungen im Bereich der Strahlenbiophysik an. Zudem betreut er Bachelor-, Master- und Doktorarbeiten.
Gemeinsam mit Thomas Friedrich wird der Mediziner Dr. Constantinos Zamboglou vom Universitätsklinikum Freiburg mit dem Holthusenpreis 2020 ausgezeichnet. Er beschäftigt sich mit präklinischen und klinischen Untersuchungen zur Implementierung spezieller bildgebender Verfahren in die Bestrahlungsplanung von Patienten mit Prostatakarzinom. (BP)
Der Green IT Cube wurde am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt errichtet und aus Mitteln des Bundes und des Landes Hessen über Helmholtz-Ausbauinvestitionen finanziert. Das Konzept ermöglicht die Realisierung und den besonders effizienten Betrieb von Rechenzentren für Großforschungseinrichtungen, wie die bei GSI entstehende internationale Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research).
„Der Green IT Cube ist ein besonders energieeffizientes Rechenzentrum, weil der Energieaufwand für die Kühlung der Computer im Vergleich zu herkömmlichen Rechenzentren sehr gering ist“, erläuterte Dr. Helmut Kreiser, Leiter der Rechenzentren auf dem GSI/FAIR-Campus. „Der Green IT Cube kühlt seine Rechner mit einem innovativen Luft-Wasser-Verfahren. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung, anstatt 30 bis zu 100 Prozent, wie es in herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung der Fall ist.“
Das 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 zwei von sechs Stockwerken mit einer maximalen Kühlleistung von vier Megawatt ausgebaut. Im Endausbau wird der Green IT Cube eine Kühlleistung von zwölf Megawatt erreichen können. Durch die gleichzeitige Energie- und Platzersparnis ist er sehr kosteneffizient. Mit der Server-Abwärme des Green IT Cubes wird darüber hinaus auf dem GSI-Campus bereits heute ein modernes Büro- und Kantinengebäude beheizt.
Entwickelt wurde die Kühltechnik von Volker Lindenstruth, Professor der Goethe-Universität Frankfurt und zum damaligen Zeitpunkt Leiter der GSI-IT, sowie Horst Stöcker, ebenfalls Professor in Frankfurt und zum damaligen Zeitpunkt Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI, in Zusammenarbeit mit dem Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS). Das leistungsstarke Konzept konnte schon mehrfach Preise für Innovation und Umweltfreundlichkeit gewinnen.
„Wir sind sehr froh und natürlich stolz, eine so bekannte und renommierte Auszeichnung wie den Blauen Engel für unser Rechenzentrum zu erhalten“, sagte Professor Paolo Giubellino, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR und GSI. „Die Technologie für die Kühlung ist nicht nur ein Beispiel für die Kompetenz und den Erfindungsgeist unserer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, sondern auch für das Potenzial eines Forschungszentrums wie dem unseren, zur Verbesserung auch bereits etablierter Technik im Hinblick auf Nachhaltigkeit und Effizienz beizutragen. Dieses Potenzial zu verfolgen und auszubauen, ist uns bei unserer Forschung an GSI und FAIR ein großes Anliegen.“
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler 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 bezüglich Rechenleistung, Speicherkapazität und Zugriffsgeschwindigkeit gerecht werden.
Der Blaue Engel ist seit über 40 Jahren das Umweltzeichen der Bundesregierung und die Orientierung beim nachhaltigen Einkauf. Unabhängig und glaubwürdig setzt er anspruchsvolle Maßstäbe für umweltfreundliche Produkte und Dienstleistungen. Der Blaue Engel garantiert, dass mit ihm ausgezeichnete Produkte und Dienstleistungen hohe Ansprüche an Umwelt-, Gesundheits- und Gebrauchseigenschaften erfüllen. Dabei ist bei der Beurteilung stets der gesamte Lebensweg zu betrachten. Für jede Produktgruppe werden Kriterien erarbeitet, die mit dem Blauen Engel gekennzeichnete Produkte und Dienstleistungen erfüllen müssen. Um dabei die technische Entwicklung widerzuspiegeln, überprüft das Umweltbundesamt alle drei bis vier Jahre die Kriterien. Auf diese Weise werden Unternehmen gefordert, ihre Produkte immer umweltfreundlicher zu gestalten. Der Green IT Cube ist das erste Rechenzentrum, das sich auf Basis der 2019 geänderten Kriterien mit dem Umweltzeichen schmücken kann. (CP)
CRYRING ist eine Anlage zum Speichern von hochgeladenen, schweren Ionen bei niedriger Strahlenergie. Mit seinem hohen Vakuum eignet sich der Speicherring besonders gut, die Ionen bei kleinen Energien zu speichern und zu kühlen. Mit niedrigenergetischen Ionen sind Experimente von höchster Präzision, aber auch in einem zuvor unerreichten Regime langsamer, adiabatischer Stöße möglich, welche uns einen neuen Einblick in atom-, astro- und kernphysikalische Prozesse erlauben.
Der Wiederaufbau des CRYRING wurde 2015 begonnen. Im Jahr 2017 konnte erstmals gespeicherter Strahl erzeugt werden, zunächst noch aus einer lokalen Quelle. In den vergangenen Jahren wurde an der Optimierung des Ringbetriebs, der Strahlkühlung und -diagnose, am neuen FAIR-Kontrollsystem und an der experimentellen Infrastruktur gearbeitet. Die Inbetriebnahme ist nun kurz vor dem Abschluss und so weit fortgeschritten, dass die Anlage bereit für die Aufnahme wissenschaftlicher Experimente ist.
Für dieses Frühjahr waren am CRYRING bereits diverse Experimente der wissenschaftlichen Nutzerinnen und Nutzer unter internationaler Beteiligung geplant. Aufgrund der Corona-Pandemie mussten sie jedoch vorläufig abgesagt und in kommende Betriebszeiten verschoben werden. Es wurde dennoch weiter an der vollständigen Inbetriebnahme der Anlage gearbeitet. Hierbei wurden hochgeladene, schwere Blei-Ionen (Beryllium-artiges Pb78+ und später auch Pb82+ mit vollständig entfernter Elektronenhülle) aus dem GSI-Linearbeschleuniger UNILAC via den Ringbeschleuniger SIS-18 und den Experimentierspeicherring ESR nicht nur zu CRYRING transportiert, sondern auch gespeichert, gekühlt und für Tests der experimentellen Infrastruktur genutzt. Die Lebensdauern und die Elektronenkühlung der gespeicherten Strahlen stimmten mit vorherigen Abschätzungen überein.
In den ersten Tests registrierten Röntgendetektoren am sogenannten Elektronenkühler das charakteristisches Röntgenspektrum der hochgeladenen schweren Ionen, welches für das fundamentale Verständnis der elektromagnetischen Wechselwirkung in extrem starken Feldern (Quantenelektrodynamik) von besonderem Interesse ist. Im CRYRING gespeicherte Ionen durchfliegen bei jedem Umlauf auf einer kurzen Strecke im Elektronenkühler eine mit gleicher Geschwindigkeit mitfliegende kalte, dichte Elektronenwolke, welche primär der Strahlkühlung dient. Ein sekundärer Nebeneffekt ist, dass auch ein kleiner Teil der Ionen ein Elektron aus der Wolke einfängt und die hierbei freiwerdende Energie als Röntgenstrahlung freisetzt. Diese Strahlung können sich die Forschenden für die Untersuchung der Quantenelektrodynamik zunutze machen.
Aufgrund der zwölfseitigen Geometrie des CRYRINGs lassen sich die Röntgenzähler in eine ideale Stellung exakt auf Achse vor und hinter den Ionenstrahl und dennoch recht nahe an den Wechselwirkungsbereich mit den Kühlelektronen bringen. Hierdurch werden Unsicherheiten im Beobachtungswinkel weitgehend eliminiert, die durch die Dopplerverschiebung hervorgerufen werden. Die niedrige Strahlenergie der gespeicherten Ionen trägt ihrerseits dazu bei, diese Verschiebung an sich zu reduzieren, so dass sich Röntgenspektren mit einer unerreichten Präzision und Reinheit erfassen lassen.
Für die Zukunft ist geplant, die aktuell aufgrund von COVID-19 nicht durchführbaren Experimente bald möglich nachzuholen. Des Weiteren soll die Inbetriebnahme vollständig abgeschlossen werden. Dazu wird noch die Extraktion ergänzt werden, um die abgebremsten, gekühlten Ionen aus dem Ring auszuleiten und material- und biophysikalische Experimente mit festen Targets zu ermöglichen. (CP)
Seit Jahrzehnten rätseln Astrophysiker über zwei markante Röntgen-Emissionslinien von hochgeladenem Eisen: Ihr gemessenes Helligkeitsverhältnis stimmt nicht mit dem berechneten überein. Das beeinträchtigt die Bestimmung der Temperatur und Dichte von Plasmen. Neue sorgfältige, hoch-präzise Messungen und Berechnungen mit modernsten Methoden schließen nun alle bisher vorgeschlagenen Erklärungen für diese Diskrepanz aus und verschärfen damit das Problem. Auch Forscher des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt und des Helmholtz-Instituts Jena (HIJ), einer Außenstelle von GSI, sind an den Untersuchungen beteiligt. Die Ergebnisse wurden nun im renommierten Fachmagazin „Physical Review Letters“ veröffentlicht.
Heiße astrophysikalische Plasmen erfüllen den intergalaktischen Raum und leuchten hell in Sternatmosphären, aktiven Galaxienkernen und Supernova-Überresten. Sie enthalten geladene Atome (Ionen), die Röntgenstrahlen emittieren; diese ist mit Satelliteninstrumenten beobachtbar. Astrophysiker verwenden ihre Spektrallinien, um daraus beispielsweise Plasmatemperaturen oder Elementhäufigkeiten abzuleiten. Zwei der hellsten Röntgenlinien stammen von Eisenatomen, die 16 ihrer 26 Elektronen verloren haben, Fe16+-Ionen – in der Astrophysik auch als Fe XVII bezeichnet. Eisen ist im Universum recht häufig; es sorgt dafür, dass Sterne wie unsere Sonne ihren Wasserstoffvorrat nur langsam, in Milliarden von Jahren, verbrennen, indem es den Strahlungstransport von Energie aus dem glühenden Fusionskern zu der vergleichsweise nur mäßig heißen Sternoberfläche weitgehend unterdrückt.
Seit mehr als vierzig Jahren schlagen sich Röntgenastronomen mit einem ernsthaften Problem bei den beiden wichtigen Fe16+-Linien herum: Das gemessene Verhältnis ihrer Intensitäten weicht deutlich von theoretischen Vorhersagen ab. Das gilt auch für Labormessungen, aber bisher waren die experimentellen und theoretischen Unsicherheiten zu groß, um die Angelegenheit zu klären.
Ein internationales Team aus 32 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Führung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (MPIK) und des NASA Goddard Space Flight Center hat jetzt die Ergebnisse seiner erneuten massiven Anstrengungen diese Diskrepanz zu beseitigen veröffentlicht. Dazu haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowohl die bisher höchst-aufgelösten Messungen als auch mehrere quantentheoretische Rechnungen mit neuester Methodik durchgeführt.
Steffen Kühn, Doktorand am MPIK und verantwortlich für die Apparatur, beschreibt den Aufwand: „Um hochgeladene Eisenionen resonant anzuregen, stellen wir sie kontinuierlich in unserer kompakten mobilen Elektronenstrahl-Ionenfalle (EBIT) her und bestrahlen sie mit Röntgenlicht des Synchrotrons PETRA III am DESY. Die Resonanz mit den Linien finden wir, indem wir die Energie des Synchrotrons über den Bereich durchstimmen, in dem sie erscheinen sollten, und die Helligkeit des Fluoreszenzlichts messen. Am DESY arbeitende Kollegen von 19 Institutionen haben über ein Jahr lang geholfen, die enorme Datenmenge zu bewältigen, akribisch auszuwerten und die Ergebnisse zu überprüfen.“
Damit alles widerspruchsfrei ist, haben die Forscher drei verschiedene Messmethoden angewandt, um das Intensitätsverhältnis der beiden Fe16+-Linien, genannt 3C und 3D, zu bestimmen. Zuerst ergaben Scans über den gesamten Bereich Linienpositionen, -breiten und -intensitäten. Zweitens haben die Experimentatoren die Energie der Röntgenphotonen auf maximale Helligkeit des Fluoreszenzlichts eingestellt, und dabei den Röntgenstrahl zyklisch ab- und wieder angeschaltet, um den starken Untergrund loszuwerden. Drittens haben sie die Linien erneut gescannt, dabei aber gleichzeitig den An-Aus-Trick angewandt, um instrumentelle Effekte zu unterdrücken. „Auf diese Weise gelang es uns, den derzeit genauesten Wert des Helligkeitsverhältnisses zu bestimmen, und zwar bei einer zehnmal so hohen spektralen Auflösung wie in früheren Arbeiten“, konstatiert Chintan Shah, Postdoc-Stipendiat bei der NASA. „Und die Eigenschaften des Strahls von PETRA III haben mögliche nichtlineare, vom Fluss der Synchrotronstrahlung abhängige Effekte vermieden, die frühere Messungen gestört haben könnten“, ergänzt Sven Bernitt, Forscher am Helmholtz-Institut Jena und einer der Projektleiter, der in der Gruppe des HIJ-Direktors und stellvertretenden Forschungsdirektors von GSI und FAIR, Thomas Stöhlker, arbeitet. Bemerkenswerterweise bestätigt das erhaltene Intensitätsverhältnis frühere astrophysikalische und Labormessungen bei deutlich verringerter Unsicherheit.
Theorieteams um Natalia Oreshkina am MPIK, aus Australien, den USA und Russland haben drei unabhängige, sehr umfangreiche, relativistische quantentheoretische Methoden eingesetzt und damit Cluster aus Hunderten von Prozessoren wochenlang heiß laufen lassen. Dieser Computer-Marathon ergab übereinstimmende Ergebnisse mit hoher numerischer Präzision. Während allerdings die berechnete Energiedifferenz zwischen den Linien mit dem gemessenen Wert übereinstimmt, weicht das Intensitätsverhältnis klar vom experimentellen Ergebnis ab. „Es sind keine weiteren quantenmechanischen Effekte oder numerische Unsicherheiten bekannt, die wir in unseren Ansätzen berücksichtigen könnten,“ betont Marianna Safronova, Professorin an der University of Delaware.
Die Ursache der Diskrepanz zwischen den experimentellen und theoretischen Intensitätsverhältnissen der 3C- und 3D-Linien von Fe16+ bleibt also weiterhin rätselhaft, da auch alle möglicherweise die Messungen störenden Effekte weitestgehend unterdrückt und die restlichen Unsicherheiten verstanden sind. Folglich sind aus Intensitäten von Röntgenlinien abgeleitete astrophysikalische Parameter zu einem gewissen Grad unsicher. Auch wenn es unbefriedigend ist, „kann man das neue, genaue Messresultat unmittelbar zur Korrektur astrophysikalischer Modelle verwenden“, empfiehlt Maurice Leutenegger, ebenfalls NASA-Forscher. „Kommende Weltraummissionen, beispielweise das Athena Röntgenteleskop der ESA, mit verbesserter Röntgeninstrumentierung werden bald einen unglaublichen Strom hochaufgelöster Daten zur Erde senden, und wir müssen uns darauf vorbereiten ihn zu verstehen, um aus diesen Milliarden-Dollar-Investitionen den größtmöglichen Ertrag zu ziehen.“ (MPI/BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin Physical Review Letters (Englisch)
Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik, Heidelberg
]]>Den Preis für die beste Dissertation des Jahres 2018 hat Hanna Malygina von der Universität Frankfurt erhalten. In ihrer Abschlussarbeit mit dem Titel „Hit reconstruction for the Silicon Tracking System of the CBM experiment“ hat sie Algorithmen für das Silicon Tracking System (STS) entwickelt, mit dem die Spuren der Teilchen mit hoher Effizienz und guter Impulsauflösung gemessen werden können. Dazu wurde ein Modell der Detektorantwort entworfen und in das CBM-Software-Framework implementiert.
Ievgenii Kres von der Universität Wuppertal wurde der Dissertationspreis 2019 für seine Arbeit mit dem Titel "Optimization of the CBM-RICH detector geometry and its use for the reconstruction of neutral mesons using conversion method" verliehen. Er entwickelte eine optimierte Geometrie für den RICH-Detektor und konnte zeigen, dass die neue Geometrie zu einer verbesserten Leistung bei der Identifikation von Dileptonen führt.
Der PhD-Preis wird seit 2015 von der CBM-Kollaboration für die beste Dissertation eines Jahres verliehen, die im Rahmen des CBM-Experiments erstellt wurde. Ein international besetztes Komitee, bestehend aus Wissenschaftlern der Kollaboration, wählt die Preisträger aus. Die Auszeichnung soll den Beitrag von Doktorandinnen und Doktoranden zu dem CBM-Projekt besonders würdigen und ist mit einem Preisgeld von 500€ dotiert.
Das CBM-Experiment ist eines der Schlüsselexperimente an der zukünftigen Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR). Im Mittelpunkt steht die Untersuchung von hochkomprimierter Kernmaterie, wie sie zum Beispiel in Neutronensternen und im Kern von Supernova-Explosionen existiert. In der Kollaboration arbeiten mehr als 400 Forschende aus 66 Instituten und 13 Ländern zusammen. (JL)
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Zu den Zielen der Deutsch-Russischen Roadmap gehört die Ausweitung der Zusammenarbeit an großen Forschungsinfrastrukturen in Russland. Eines der dafür identifizierten Projekte ist die Instrumentierung und wissenschaftliche Nutzung der zukünftigen Beschleunigeranlage NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility), die derzeit in Dubna beim JINR entsteht. Die deutschen Beiträge zu dieser Kooperation werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert und durch GSI ausgestaltet. Dazu wurde ein Kooperationsabkommen zwischen JINR und GSI ausgearbeitet, das einen Gesamtumfang von rund 20 Millionen Euro hat. Es wurde Anfang Februar in Moskau während der “Helmholtz-Wintergespräche 2020”, einer traditionellen Veranstaltung für den Meinungsaustausch zwischen Entscheidungsträgern aus Politik, Wissenschaft und Gesellschaft in Russland und Deutschland, unterzeichnet.
Das Abkommen über die technische Kooperation zwischen GSI und JINR besteht aus mehreren Teilprojekten: Koordination und technischer Follow-up, stochastische Kühlung für den NICA-Collider, Silizium-Tracking-System für das NICA-Experiment BM@N sowie Ausleseelektronik und Datenerfassung für dieses Experiment, Forschung und Entwicklung für den supraleitenden Hochintensitäts-Ioneninjektor Linacs@JINR und schließlich noch Strahldiagnose und LLRF-Elektronik für Linearbeschleuniger. Als nächster Schritt werden derzeit die Details dieser sechs Unterprojekte ausgearbeitet.
Professor Paolo Giubellino, der das Abkommen gemeinsam mit Professor Vladimir Kekelidze, Vize-Direktor des JINR für das Wissenschaftsprojekt NICA, unterzeichnet hat, sagte: „Ich bin sehr erfreut über die neue Kooperation, die auf einer bereits bestehenden, sehr guten Basis zwischen beiden Instituten aufbauen kann.“ Die Zusammenarbeit zwischen GSI und JINR blickt auf eine lange Tradition zurück und umfasst sowohl die Forschung an den existierenden Beschleuniger- und Experimentieranlagen beider Partner als auch Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für künftige Forschungsinfrastrukturen wie den beiden Beschleunigerzentren FAIR und NICA, die derzeit in Darmstadt bei GSI und in Dubna am JINR entstehen. „Die Vereinbarung bietet hervorragende Möglichkeiten, unsere Zusammenarbeit in Zukunft noch weiter zu stärken und vielversprechende neue Perspektiven in den Bereichen Forschung und technologische Innovationen zu eröffnen.“ (BP)
]]>Als einer der ersten Mitarbeiter begann Dr. Bernhard Franzke bereits 1969 seine Karriere bei GSI. Zuvor hatte er an der Universität Heidelberg Physik studiert und seinen Doktortitel erworben. Bei der Entwicklung und dem Bau des Linearbeschleunigers UNILAC leistete er entscheidende Beiträge zur Optimierung. Außerdem entwickelte er eine Ultrahochvakuum-Technologie, die für die kommenden Beschleunigerprojekte bei GSI unabdingbar war.
Bei der ersten Erweiterung von GSI war Bernhard Franzke am konzeptionellen Design des Ringbeschleunigers SIS18, des Experimentierspeicherrings ESR und des Fragmentseparators FRS beteiligt. Als Projektleiter begleitete er hauptverantwortlich die Entwicklung und den Bau des ESR, einer innovativen Anlage, die wesentlich zur Einzigartigkeit von GSI und in Zukunft auch von FAIR beiträgt. Seine Ultrahochvakuum-Technologie ermöglicht es, schwere Ionen im ESR bei hohen Intensitäten auf niedrige Energien abzubremsen – eine einzigartige Eigenschaft des ESR, die für viele Experimente wichtig und auch für den zukünftigen Betrieb in Kombination mit CRYRING unabdingbar ist. Bernhard Franzkes jahrelanges Engagement als Gruppenleiter des ESR und Leiter des Beschleunigerbereichs sowie seine Entwicklungen in Beschleunigerphysik und -technologie trugen entscheiden zum Erfolg des ESR bei. Auch am ersten Entwurf der FAIR-Anlage war Bernhard Franzke beteiligt. Er leitete das konzeptionelle Design der Speicherringe für FAIR. 2005 ging er in Rente, ist aber immer noch beratend aktiv.
Der Horst-Klein-Preis, benannt nach dem Physiker Prof. Dr. Horst Klein (1931-2012), wird jährlich durch den Physikalischen Verein Frankfurt, den Fachbereich Physik der Goethe-Universität Frankfurt und den Arbeitskreis Beschleunigerphysik (AKBP) der Deutschen Physikalischen Gesellschaft verliehen. Der Horst Klein-Forschungspreis richtet sich an international ausgewiesene in- und ausländische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die sich durch herausragende Leistungen von großer Tragweite und hoher Originalität profiliert haben. Der Preis ist mit 5.000 Euro dotiert. Er wird von der Goethe-Universität Frankfurt, der Fückstiftung, den Professoren Schempp und Schmidt-Böcking sowie der Firma Pfeiffer Vacuum ausgelobt. Die offizielle Preisverleihung, die während der diesjährigen Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft stattfinden sollte, ist aufgrund der Corona-Pandemie verschoben. (LW)
]]>Der FAIR-Ringbeschleuniger wird von den bestehenden GSI-Beschleunigeranlagen gespeist, die als Injektoren dienen. Da mit der Anlage Ionen – geladenen Atomkerne – aller Elemente von Wasserstoff bis Uran beschleunigt werden, müssen die Kavitäten bei der Erzeugung der Beschleunigungsfrequenzen besonders variabel sein. Sie erzeugen ein Hochfrequenzfeld, das die Ionen auf bis zu 99 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen kann. Durch die Manipulation der Frequenz können die Ionen im Ring beispielsweise in unterschiedlich viele Pakete zusammengepackt werden– passend für das Experiment, das nach dem Beschleunigen mit ihnen durchgeführt werden soll.
Der Auftrag zur Produktion der 14 Kavitäten wird von RI zusammen mit der Firma Ampegon Power Electronics AG als Subunternehmer umgesetzt und mündete jetzt in einen erfolgreichen Technologietransfer der ferritbestückten Kavität. Für einen ersten Industriekunden in den USA wird RI zwei solcher Kavitäten für eine Beschleuniger zur Krebstherapie mit Ionenstrahlen bauen.
RI ist von der Konstruktion und dem Konzept des hochmodernen Beschleunigungssystems überzeugt und dankbar für das Vertrauen, das GSI und FAIR RI entgegengebracht haben, so dass das Unternehmen dieses Konzept auch anderen Industriekunden anbieten kann. (CP)
]]>Die Vergabe dieses großen Auftrags im dreistelligen Millionen-Euro-Bereich geht an die Arbeitsgemeinschaft der Firmen Züblin und Strabag in Deutschland. Die Bauleistungen umfassen die Rohbauten für sechs Gebäude und eine einzigartige Experimentiereinrichtung – den Supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS).
Nach den bereits im Nordbereich laufenden Bauarbeiten für das künftige Groß-Experiment CBM, eine der vier zentralen Säulen des FAIR-Forschungsprogramms, wird nun mit dem Bau eines weiteren entscheidenden Forschungsbereichs mit herausragendem Entdeckungspotenzial für die Wissenschaft begonnen. Im Super-FRS wird es um Forschungsfragen zu Kernstruktur und Wechselwirkungen extrem seltener, exotischer Teilchen gehen. Mit höchsten Intensitäten werden diese neuen Isotope erzeugt, am Super-FRS separiert und für weltweit einmalige Experimente zur Verfügung gestellt, um kosmische Materie im Labor zu untersuchen.
Zur Realisierung dieser wegweisenden Infrastruktur für die Forschung beinhaltet das Vergabepaket außerdem die Rohbauten für weitere Experimentier- und Versorgungsgebäude sowie Transferstrecken für die Ionenstrahlen. Der Technische Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, betonte: „Mit der aktuellen Auftragserteilung setzen wir einen weiteren Baustein unserer für das Mega-Projekt FAIR maßgeschneiderten Vergabestrategie entsprechend unserer Planung um. Nun rücken der zweite große Baubereich im Süden des FAIR-Areals sowie weitere Teile der Hightech-Ausstattung in den Fokus auf unserem Weg zur Realisierung von FAIR. Wir werden auch hier mit unserer bereits etablierten integrierten Gesamtplanung in enger Zusammenarbeit mit unseren Partnern in Planung und Ausführung fortfahren.“
Parallel und eng abgestimmt mit dem Fortschritt auf dem Baufeld läuft die Entwicklung und Fertigung der entsprechenden Hightech-Komponenten, die insbesondere für den Super-FRS benötigt werden. Dazu gehören beispielsweise spezielle leistungsstarke Stromrichter sowie supraleitende Magneteinheiten, die später im Super-FRS der Strahlkorrektur dienen, um einen hochpräzisen Teilchenstrahl zu erreichen.
Das FAIR-Projekt ist eines der weltweit größten Bauvorhaben für die internationale Spitzenforschung. Insgesamt wird die hochkomplexe FAIR-Beschleunigeranlage auf einer Fläche von rund 150.000 Quadratmeter 20 Bauwerke umfassen. Für das Bauprojekt werden rund zwei Millionen Kubikmeter Erde bewegt und 600.000 Kubikmeter Beton sowie 65.000 Tonnen Bewehrungsstahl verbaut. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt werden FAIR nutzen, um in herausragenden Experimenten neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. (BP)
]]>Vier Projekte werden aktuell ausgearbeitet, um die Möglichkeiten der GSI/FAIR-Forschung in der Corona-Krise auszuschöpfen und das grundlegende Wissen über das Virus zu erweitern. Die Forscherinnen und Forscher arbeiten dabei ebenso an Beiträgen zur Entwicklung von Impfstoffen wie zu therapeutischen Bestrahlungsmöglichkeiten von durch SARS-CoV-2 ausgelösten Lungenentzündungen. Andere Projekte zielen auf die Entwicklung einer schnelleren und optimierten Viruserkennung und auf die Möglichkeit, verbesserte Virusfiltermasken herzustellen.
Dabei kooperiert GSI/FAIR wie gewohnt mit anderen Forschungszentren: Eine der Maßnahmen betrifft eine Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig, eine andere findet in Kooperation mit den Universitätskliniken in Frankfurt und Erlangen statt. Zwei weitere Projekte werden in Zusammenarbeit mit Universitäten in den USA und Argentinien sowie dem Universitätsklinikum Gießen-Marburg und der Firma TransMIT GmbH in Gießen entwickelt.
Übersicht über die vier Projekte:
Um Impfstoffe mit inaktivierten Viren zu entwickeln, benötigen Forscherinnen und Forscher Methoden, die zwar das Virus inaktivieren, seine Struktur – insbesondere die für die Immunantwort entscheidende Virushülle – aber möglichst wenig beschädigen. In den vergangenen Jahren wurde die Inaktivierung von Viren für die Impfstoffentwicklung mit konventioneller Gamma-Strahlung durchgeführt. Der Einsatz hoher Gammastrahlendosen führt jedoch unweigerlich zu einer Schädigung der Struktur- und Membran-assoziierten Proteine des Virus, die nach der Impfung vom Immunsystem erkannt werden sollten, um einen effizienten Schutz zu bieten. Das neue Projekt sieht deshalb vor, Influenza- und SARS-CoV-2-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. Die daraus resultierenden Viren werden anschließend am HZI auf ihre Fähigkeit hin untersucht, die Bildung von virusbindenden und neutralisierenden Antikörpern nach der Impfung zu fördern.
In einer präklinischen Studie wollen die GSI-Forscherinnen und -Forscher prüfen, ob eine durch SARS-CoV-2 ausgelöste Lungenentzündung mit einer niedrig dosierten Bestrahlung behandelt werden kann. Partner hierbei sind die Universitätskliniken in Frankfurt und Erlangen. Dazu sollen die entzündungshemmenden Effekte in der Lunge unter zwei Alternativbedingungen verglichen werden: Zum einen beim Einsatz einer typischen Niedrigdosis-Röntgenbestrahlung, wie sie bereits in der Vergangenheit zur Behandlung von Lungenentzündungen verabreicht wurde, zum anderen beim Einsatz einer erhöhten Radonaktivität im Vergleich zur natürlichen Aktivität. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen Erkenntnisse darüber gewinnen, in welchem Stadium der Krankheit dies ein geeigneter Weg sein könnte. Außerdem gilt es, eine Balance zu finden zwischen gewünschter entzündungshemmender Wirkung in der Lunge und ungewünschter immunsuppressiver, systemischer Wirkung der Strahlung. Hier könnte die Chance für eine Radonexposition als moderater Immunmodulator liegen.
GSI arbeitet mit internationalen Partnern an der Entwicklung von hochempfindlichen Sensoren auf Nanoporen-Basis. Diese haben das Potenzial, Viren wie SARS-CoV-2 gezielt und schnell nachzuweisen. Dazu bieten Membranen mit einzelnen Nanoporen hervorragende Nachweisbedingungen. An den GSI-und FAIR-Beschleunigeranlagen können Polymerfolien mit einzelnen Ionen bestrahlt werden. Durch chemisches Ätzen der Ionenspur entsteht ein Nanokanal, dessen Geometrie und Durchmesser sehr genau eingestellt werden können. In Kooperation mit externen Gruppen wird die Oberfläche der Nanoporen gezielt funktionalisiert, um den Transport spezifischer Partikel, Moleküle oder auch Viren durch die Nanopore nachzuweisen. Sensoren auf Nanoporen-Basis haben das Potenzial für eine hohe Empfindlichkeit und schnelle Nachweisreaktion. Gemeinsam mit den Kollaborationspartnern werden derzeit Möglichkeiten zur Unterstützung von Forschungsprojekten zum Nachweis von Viren wie SARS-CoV-2 oder spezifischen Filtrationsprozessen unter Verwendung der spurgeätzten GSI-Membranen untersucht.
In diesem Projekt ist geplant, Nanoporen aus geätzten Ionenspuren zu nutzen, um spezielle Filter zu entwickeln und damit Virus-Atemschutzmasken zu verbessern. Bei GSI werden entsprechende Polymerfolien mit monodispersen und orientierten Nanoporen durch Ionenbestrahlung und anschließendes chemisches Spurätzen hergestellt. Der Porendurchmesser kann dabei genau zugeschnitten werden. Mit einem einstellbaren Durchmesser von bis zu 20 Nanometern sind solche Nanoporen deutlich kleiner als die Größe des Coronavirus SARS-CoV-2. Der Bestrahlungsprozess an der GSI-Beschleunigeranlage erlaubt es zudem, die Anzahl der Nanoporen genau einzustellen (bis zirka 10 Milliarden pro cm2). Gemeinsam mit den Kollaborationspartnern diskutieren die GSI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler derzeit Möglichkeiten, um die Eignung und die optimalen Parameter von spurgeätzten Membranen als Filter für Atemschutzmasken zu untersuchen. Auf diese Weise optimierte Atemschutzmasken könnten in Pandemie-Situationen besser vor einer Virusinfektion schützen. (BP/IP)
]]>Im Rahmen der Kooperation wollen FAIR und European XFEL ihre bewährten Verfahren (best practices), ihr Wissen und ihre Resultate teilen und fördern. Dies soll beispielsweise durch die Organisation von gemeinsamen wissenschaftlichen und technischen Veranstaltungen wie Workshops oder Seminaren erfolgen. Ein Austausch ist sowohl in administrativen und organisatorischen Bereichen wie etwa der Kostenstruktur oder dem Umgang mit wissenschaftlichen Nutzern, als auch im wissenschaftlichen Umfeld durch gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekte oder die Abordnung von Personal geplant.
In dem MoU würdigen beide Partner die Wichtigkeit der Kooperation zwischen großen Wissenschaftsprojekten auf administrativer und technischer Ebene als Schlüsselfaktor für die Wettbewerbsfähigkeit in der Entwicklung sozialer und ökonomischer Systeme und zur Verbesserung der Lebensstandards in ihnen. Durch die Stärkung der Zusammenarbeit sollen Synergien bei der Industriekooperation ausgelotet sowie die Gewinnung von wissenschaftlichen und technischen Ergebnissen unterstützt werden, die technologische Innovationen und sozioökonomische Entwicklungen voranbringen.
„Mit dem Memorandum of Understanding eröffnen wir neue Möglichkeiten für eine fruchtbare Zusammenarbeit zwischen European XFEL und FAIR auf vielen verschiedenen Ebenen. Wir freuen uns auf gemeinsame Aktivitäten und regen kollegialen Austausch“, erklärte Professor Paolo Giubellino. Jörg Blaurock ergänzte: „Neben dem administrativen und wissenschaftlichen Zusammenwirken ist uns bei FAIR insbesondere auch die Förderung der technologischen Seite durch Technologietransfer und Industriekooperation ein großes Anliegen. Hier möchten wir mit European XFEL Synergien ermitteln und gemeinsames Potential ausschöpfen.“
European-XFEL-Geschäftsführer Professor Robert Feidenhans’l erklärte: „European XFEL und FAIR sind beide internationale Einrichtungen der Spitzenforschung, die einer breit gefächerten wissenschaftlichen Gemeinschaft dienen. Wir haben viele gemeinsame Erfahrungen und Forschungsinteressen und freuen uns sehr auf eine engere Zusammenarbeit mit unseren Kolleginnen und Kollegen bei FAIR. Wir möchten unser Wissen kombinieren, um die internationale Wissenschaft voranzubringen und zu bereichern.“
Gelten soll die Vereinbarung für einen Zeitraum von fünf Jahren, mit der Option auf eine Verlängerung um weitere fünf Jahre. GSI und FAIR sind bereits langjährig sowohl mit European XFEL, als auch mit dessen Gründungslabor und deutschem Gesellschafter, dem Deutschen Elektronensynchroton DESY, freundschaftlich verbunden, das wie GSI zur Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren gehört. (CP)
Die Grants sind Förderung und Anerkennung gleichermaßen: Sie werden ausschließlich auf Basis der wissenschaftlichen Exzellenz der beantragten Projekte vergeben und richten sich an etablierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aller Fachbereiche, deren hochinnovative Projekte erheblich über den bisherigen Forschungsstand hinausgehen und neue Forschungsgebiete erschließen. Ausgestattet sind sie mit einer Förderung in Höhe von jeweils maximal 2,5 Millionen Euro über einen Zeitraum von fünf Jahren.
Marco Durante ist Leiter der GSI-Forschungsabteilung Biophysik und Professor am Fachbereich Physik der TU Darmstadt, Institut für die Physik kondensierter Materie. Er 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.
In seinem neuen Projekt mit dem Titel „Biomedical Applications of Radioactive ion Beams (BARB)“ will Marco Durante die Tumortherapie mit geladenen Teilchen weiterentwickeln. „Die Teilchentherapie ist stark im Wachstum begriffen und ist möglicherweise die wirksamste und präziseste Strahlentherapietechnik. Allerdings schränken Reichweitenunsicherheit und schlechte Bildführung ihre Anwendungen immer noch ein. Die Verbesserung der Genauigkeit ist der Schlüssel zur Erweiterung der Anwendbarkeit der Teilchentherapie“, erklärte Marco Durante. Dies könnte auch eine bessere Behandlung von kleineren Metastasen oder Tumoren in der Nähe kritischer Strukturen und von kleinen Zielen bei nicht-krebsartigen Krankheiten, wie etwa ventrikuläre Ablationen bei Herzrhythmusstörungen, erlauben.
Die neue Idee besteht darin, den selben Strahl für die Behandlung und für die Bildgebung während der Behandlung zu verwenden. Radioaktive Ionenstrahlen sind dafür das ideale Werkzeug, aber ihre Intensität ist bisher für therapeutische Anwendungen nicht ausreichend. Erst hochmoderne Anlagen wie FAIR und der bei GSI/FAIR bereits laufende Experimentierbetrieb „FAIR-Phase 0“ können solche intensiven Strahlen erzeugen. Marco Durante erläuterte: „Bei der FAIR-Phase 0 werden hochintensive Ionenstrahlen aus kurzlebigen Isotopen von Kohlenstoff- und Sauerstoffkernen verwendet, um eine gleichzeitige Behandlung und Visualisierung zu ermöglichen. Dies kann die Reichweitenunsicherheit deutlich verringern und die Anwendbarkeit der Teilchentherapie weiter vorantreiben.“ Der Strahl wird in der Zielposition mit einem innovativen Gamma-PET-Detektor visualisiert, der von Professorin Katia Parodi an der LMU München, Partner und weiteren Zuwendungsempfänger des BARB-Projekts, gebaut wird.
„BARB ist ein Experiment, das das enorme Potenzial von FAIR zeigt. Es ist eine Zusammenarbeit zwischen der APPA- und der NUSTAR-Säule des FAIR-Projekts“, sagte Marco Durante.
Marco 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 IBA-Europhysik-Preis der Europäischen Physik-Gesellschaft (EPS) und dem von der European Radiation Research Society (ERRS) vergebenen Bacq & Alexander-Preis der Europäischen Gesellschaft für Strahlenforschung.
Mehr zur Forschung von Professor Marco Durante
Gabriel Martínez-Pinedo ist Leiter der GSI-Forschungsabteilung Theorie, Professor am Theoriezentrum des Instituts für Kernphysik (Fachbereich Physik, TU Darmstadt) und ein Hauptforscher des SFB 1245 "Kerne: Von grundlegenden Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen". Er ist als Experte auf dem Gebiet der Entstehung chemischer Elemente in Sternen weltweit anerkannt. Er war Co-Leiter der internationalen Kollaboration, die 2010 vorhersagte, dass die Synthese von schweren Elementen in einer Neutronensternverschmelzung zu einem charakteristischen elektromagnetischen Signal namens Kilonova führt. 2017 konnten Weltraum- und Bodenobservatorien tatsächlich das vorhergesagte elektromagnetische Signal nach der Verschmelzung zweier Neutronensterne nachweisen.
In seinem neuen Projekt mit dem Titel „Probing r-process nucleosynthesis through its electromagnetic signatures (KILONOVA)“ wird Gabriel Martínez-Pinedo diese Ansätze weiterentwickeln. Er erläuterte: „Das Projekt zielt darauf ab, eine der grundlegenden Fragen der Physik zu beantworten: Wie und wo werden die schweren Elemente von Eisen bis Uran im r-Prozess hergestellt?“
Die Bestätigung der theoretischen Vorhersagen zur Entstehung schwerer Elemente durch die Beobachtung von Gravitationswellen einer Neutronensternverschmelzung in Verbindung mit charakteristischen elektromagnetischen Signalen hatte 2017 den aufsehenerregenden ersten direkten Hinweis darauf geliefert, dass r-Prozesselemente bei Neutronensternverschmelzungen erzeugt werden. „Es ist zu erwarten, dass künftig weitere Ereignisse dieser Art entdeckt werden. Um diese Möglichkeiten voll auszuschöpfen, ist es von grundlegender Bedeutung, eine verbesserte Beschreibung der exotischen neutronenreichen Kerne, die am r-Prozess beteiligt sind, mit ausgefeilten astrophysikalischen Simulationen zu kombinieren, um eine genaue Vorhersage der Nukleosynthese-Erträge des r-Prozesses und ihrer elektromagnetischen Signale zu ermöglichen“, erklärte Gabriel Martínez-Pinedo. Diese Vorhersagen könnten dann mit Beobachtungen abgeglichen werden. "Hand in Hand mit den einzigartigen experimentellen Fähigkeiten der GSI/FAIR-Anlage stellt dies eine einzigartige Gelegenheit dar, unser Verständnis der r-Prozess-Nukleosynthese entscheidend voranzutreiben.“
Gabriel Martínez-Pinedo studierte Physik und promovierte an der Autonomen Universität Madrid. Er spezialisierte sich auf die Kernstruktur sowie auf die nukleare Astrophysik. Als Postdoc sammelte er Erfahrungen am California Institute of Technology in den USA, hinzu kamen mehrjährige Forschungsaufenthalte an der Aarhus Universität in Dänemark und der Universität Basel in der Schweiz. Seine Forschungen über die Entstehung chemischer Elemente in Sternen erhielten vielfache Anerkennung, unter anderem ist er mit dem „Gustav-Hertz-Preis“ der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG) ausgezeichnet worden "für die Entdeckung eines neuen Nukleosyntheseprozesses: das νp-Verfahren".
Mehr zur Forschung von Professor Martínez-Pinedo
Die beiden Forscherkollegen Marco Durante und Gabriel Martínez-Pinedo betonten zudem: „Wir danken dem Europäische Forschungsrat, dass er uns mit seiner Förderung eine großartige Chance gibt und freuen uns auf die Zusammenarbeit in unserem jeweiligen Team. Ziel ist es, mit unseren Projekten über den bisherigen Forschungsstand deutlich hinauszugehen und neue, zukunftsweisende Forschungsgebiete zu erschließen. Das künftige Beschleunigerzentrum FAIR und das bereits existierende Experimentierprogramm sind dabei zentrale Bausteine, die uns Vieles ermöglichen werden."
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, unterstrich: „Es ist eine fantastische Leistung. Ich freue mich außerordentlich über die Würdigung dieser herausragenden Wissenschaftler, die mit ihren innovativen Projekten und ihrem Engagement wichtige Herausforderungen in der Kernphysik und in der medizinischen Physik angehen. Die Grants belegen die herausragende Qualität der wissenschaftlichen Forschung bei GSI und FAIR. Sie gehen an zwei unserer Vorzeigegebiete: nukleare Astrophysik und biomedizinische Anwendungen der Kernphysik. Zudem unterstreichen sie die herausragenden Forschungsperspektiven, die durch unser FAIR-Phase-0-Programm eröffnet werden. Mit FAIR werden wir die Perspektiven solch wegweisender Forschung weiter ausbauen können und wichtige Pionierleistungen ermöglichen.“
GSI und FAIR sind darüber hinaus hocherfreut über die Verleihung eines weiteren ERC Advanced Grants, der an Professorin Beatriz Jurado vom Centre Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), Teil des französischen nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (French National Centre for Scientific Research CNRS), geht. Der experimentelle Teil des Projekts wird bei GSI/FAIR durchgeführt.
Beatriz Jurado ist durch ihre kernphysikalische Forschung seit langem eng mit GSI und FAIR verbunden. Ihre Forschungsschwerpunkte sind Niederenergie-Kernphysik, Kernreaktionen und Kernspaltung. Bereits ihre Doktorarbeit, die sie an der Universität von Santiago de Compostela verteidigte, hat sie am Fragment-Separator FRS von GSI umgesetzt, zudem ist sie an der NUSTAR-Kollaboration, einer der vier großen Forschungssäulen von FAIR, als Mitglied in Resource Board beteiligt und war unter anderem als „Visiting Professor“ des ExtreMe Matter Instituts EMMI bei GSI zu Gast.
In ihrem EU-geförderten Projekt mit dem Titel „Nuclear rEaCTions At storage Rings (NECTAR)“ will sie die Messmöglichkeiten in der kernphysikalischen Forschung weiter voranbringen. Ihr Ziel ist die Entwicklung einer neuen Methodik zur indirekten Bestimmung von neutroneninduzierten Querschnitten instabiler Kerne. Diese Querschnitte sind wesentlich für die nukleare Astrophysik, da die meisten schweren Elemente im Universum durch neutroneninduzierte Reaktionen in Sternen erzeugt werden, und auch für kernphysikalische Anwendungen. Ihre Arbeit ist eine experimentelle Spezifizierung zu dem Projekt von Gabriel Martínez-Pinedo.
„Die Messung ist jedoch sehr kompliziert, da sowohl Projektil als auch Target radioaktiv sind. Wir werden dieses Problem umgehen, indem wir die Kerne, die in den neutroneninduzierten Reaktionen gebildet werden, mit radioaktiven Schwerionenstrahlen und stabilen, leichten Targetkernen erzeugen. Wir werden somit die Zerfallswahrscheinlichkeiten für Spaltung, Neutronen- und Gammastrahlenemission der erzeugten Kerne messen können“, erläuterte Beatriz Jurado. Diese Wahrscheinlichkeiten liefern wertvolle Informationen, um Modelle zu belegen, und ermöglichen wesentlich genauere Vorhersagen der gewünschten Neutronenquerschnitte.
Das Projekt von Beatriz Jurado soll in seinem experimentellen Teil an der Beschleunigeranlage auf dem GSI/FAIR-Campus im Rahmen von FAIR-Phase 0 umgesetzt werden, genutzt werden die Speicherringe ESR und CRYRING. Beatriz Jurado erklärte: „Die Speicherringe von GSI/FAIR sind einzigartige Einrichtungen, bei denen umlaufende Ionenstrahlen von herausragender Qualität wiederholt mit ultradünnen, fensterlosen Gasstrahl-Targets interagieren. Wir werden diese außergewöhnlichen Möglichkeiten nutzen, um die Zerfallswahrscheinlichkeiten vieler instabiler Kerne mit unübertroffener Präzision zu messen.“
Professor Paolo Giubellino ist über die Umsetzung des Projektes NECTAR an der GSI/FAIR-Anlage sehr erfreut: „Das zeigt einmal mehr die Attraktivität unserer Forschungseinrichtung für die internationale Forscher-Community und die Qualität unserer Forschungsinfrastrukturen schon während FAIR-Phase 0. Wir freuen uns sehr, dass eine renommierte Wissenschaftlerin wie Beatriz Jurado für ihre experimentelle Forschung zu uns kommen wird. Das ist auch für uns eine große Anerkennung.”
Der Präsident des Europäischen Forschungsrates (ERC), Professor Mauro Ferrari, sagte: „Ich freue mich, eine neue Runde der ERC-Grants bekannt zu geben, die explorative Spitzenforschung unterstützen wird und das Ziel hat, Europa und die Welt besser für die Zukunft zu rüsten. Das ist die Rolle von Pionierforschung. Diese erfahrenen Forschungsstars werden in einem breiten Spektrum von Bereichen neue Wege beschreiten, darunter auch im Bereich der Gesundheit. Ich wünsche ihnen alles Gute bei diesem Vorhaben und möchte in dieser Zeit der Krise die heroische und unschätzbare Arbeit der gesamten wissenschaftlichen Gemeinschaft würdigen." (BP/IP)
Pressemitteilung des Europäischen Forschungsrates (auf Englisch)
]]>So kann man sich beispielsweise durch eine Auswahl ganz besonderer, künstlerischer Impressionen klicken, die während eines Besuchs der Gruppe „Urban Sketchers Rhein-Main“ bei GSI und FAIR entstanden sind. Mehr als 30 Mitglieder der Gruppe, die Teil eines internationalen Künstlernetzwerkes ist, haben im Januar einen Tag lang auf dem Campus skizziert und gemalt. Entstanden sind zahlreiche außergewöhnliche Sichtweisen auf unsere Teilchenbeschleuniger und Experimentierstationen.
Das Mega-Bauprojekt FAIR, weltweit eines der größten Bauvorhaben für die Forschung, kann ebenfalls virtuell besichtigt werden. Die Besucherinnen und Besucher können per Drohnenflug über die FAIR-Großbaustelle fliegen, ihre außergewöhnlichen Dimensionen kennenlernen und erstmals sogar in den großen Ringtunnel, der das Herzstück des künftigen Beschleunigerzentrums bildet, eintauchen. Zudem wurde mit einer neuen Filmtechnik ein Zeitraffervideo erstellt, das die Entwicklung eines ganzen Jahres zeigt: Mehrere Videos wurden mit Hilfe von GPS so überlagert, dass die Baustelle wie aus einem Guss vor den Augen der Betrachter wächst und die Fortschritte besonders greifbar werden.
Außerdem gibt es Gelegenheit, in unsere Geschichte einzutauchen, beispielsweise mit einer Zeitreise per Foto-Slider: eine interaktive Früher-Heute-Schau, in der sich die Bilder virtuell überlagern und damit illustrieren, wie es früher auf dem Campus aussah und wie es heute dort aussieht. Auf diese Weise sind interessante Einblicke entstanden beispielsweise in den Linearbeschleuniger, den Kontrollraum oder die Experimentierhallen.
Einen noch ausführlicheren Streifzug durch ein halbes Jahrhundert bietet der digitale Zeitstrahl, in dem Höhepunkte der GSI-Geschichte präsentiert werden. Die Nutzer können sich durch 50 Jahre GSI klicken und auch einen Blick in die Zukunft von FAIR werfen. Auch die großen Forschungserfolge wie die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen oder die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen sind dort zu finden.
Hauptaufgabe von GSI und FAIR ist es, Spitzenforschung zu realisieren und mit den Beschleunigeranlagen neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Ein Science-Film zeigt, wie Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt bei uns das Universum im Labor erforschen können.
Wer einmal virtuell durch die Forschungsanlage von GSI und FAIR laufen und direkt neben den Teilchenbeschleunigern und Detektoren stehen möchte, zückt am besten sein Handy, um unser 360°-Video optimal anzuschauen. Das spannende Video wurde für die Planetariumsshow „Dimensions – Es war einmal die Wirklichkeit“ im Planetarium Bochum gedreht.
Auf all diesen digitalen und virtuellen Weg sind unsere Gäste somit auch weiterhin herzlich eingeladen, unsere Forschungsanlagen zu besichtigen und einen Blick auf die FAIR-Baustelle zu werfen. Außerdem bieten GSI und FAIR natürlich die Möglichkeit, sich online auf unserer Homepage und auf unseren Social-Media-Kanälen weiterhin auf den Laufenden zu halten und mit uns in Kontakt zu bleiben. (BP)
Zusammen mit dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino und dem Technischen Geschäftsführer Jörg Blaurock wird Dr. Ulrich Breuer die gemeinsame Führungsspitze von GSI und FAIR bilden. Er folgt auf Ursula Weyrich, die als Kaufmännischer Vorstand zum Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg gewechselt ist.
„GSI steht seit Jahrzehnten für weltweit renommierte Spitzenforschung, und mit dem künftigen Beschleunigerzentrum FAIR werden die internationalen Dimensionen der Forschung zukunftsweisend erweitert. Ich freue mich daher ganz besonders auf die verantwortungsvolle Aufgabe und die Möglichkeit, diese Entwicklung weiter zu fördern“, sagt Dr. Ulrich Breuer. „Für das mir entgegengebrachte Vertrauen bedanke ich mich sehr.“ Eine solide Finanz- und Personalplanung sowie die effektive Unterstützung der Wissenschaft mit maßgeschneiderten infrastrukturellen, administrativen und kaufmännischen Rahmenbedingungen nennt er als wichtigste Ziele.
Auch seine beiden Geschäftsführungskollegen Professor Paolo Giubellino und Jörg Blaurock freuen sich auf die künftige Zusammenarbeit im Management-Team und betonen: „Dr. Breuer kennt das Metier sehr gut und seit langem. Er bringt breite Kenntnisse im Wissenschaftsmanagement und in der kaufmännischen Leitung von Großforschungseinrichtungen mit.“ Ziel ist es, Spitzenforschung an der bestehenden Anlage zu betreiben und die künftige Beschleunigeranlage FAIR in internationaler Zusammenarbeit zu realisieren. „Die Entscheidung für Dr. Breuer ist eine ausgezeichnete Wahl. Mit seinen langjährigen Erfahrungen werden wir gemeinsam erfolgreich die Zukunft von GSI und FAIR weiter gestalten.“
Dr. Ulrich Breuer 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.
Bis Ende Juni 2020 wird Herr Dr. Breuer neben der Funktion bei GSI und FAIR auch noch sein bisheriges Amt am HZDR weiter ausüben.(BP)
]]>Dr. Clémentine Santamaria erhielt den Young Scientist Award und die GENCO-Mitgliedschaft für ihre bahnbrechenden Erfolge bei der Beantwortung seit langem bestehender Fragen zur Entwicklung der Schalenstruktur von Kernen weitab der Stabilität und ihre herausragende Erfahrung in der Kernspektroskopie und mit Kernreaktion. Vor ihrer aktuellen Position als Postdoktorandin in Berkeley arbeitete sie unter anderem am japanischen Forschungszentrum RIKEN und am National Superconducting Cyclotron Laboratory, USA.
Eine GENCO-Mitgliedschaft erhielten:
Darmstadt ist nicht nur der Sitz der weltweiten Zentrale von Merck, sondern auch ein globales Wissenschafts-, Technologie- und Innovationszentrum. Im Jahr 2019 wurde es sogar erneut als Deutschlands „Stadt der Zukunft" in Bezug auf wissenschaftliche Innovationen eingestuft. Im Rückblick ist es daher nicht überraschend, dass die jüngste Applied Quantum Conference von einem Konsortium großer, wissenschaftsorientierter Organisationen mit Sitz in Darmstadt ausgerichtet wurde: dem Operationszentrum der Europäischen Weltraumorganisation (ESA/ ESOC), dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und der Facility for Antiproton and Ion Research (GSI/FAIR) sowie Merck, einem dynamischen Wissenschafts- und Technologieunternehmen mit einer mehr als 350-jährigen Geschichte. Im Mittelpunkt der Konferenz stand die Diskussion des bevorstehenden Paradigmenwechsels in der Quantentechnologie. Im Einzelnen zielte die Veranstaltung darauf ab, Quantenlösungen für aktuelle und zukünftige Bedürfnisse zu identifizieren, Gemeinschaften zu verbinden und Interaktionen zu erleichtern, um zukünftige produktive Kooperationen und Lösungen zu fördern.
Bei der Quantenmechanik in der Physik geht es im Wesentlichen darum, wie sich Moleküle, Atome oder subatomare Teilchen verhalten. Im Laufe der Jahre hat man beobachtet, dass sich solche Teilchen auf eine Weise verhalten, die höchst unerwartet und mit den etablierten Gesetzen der klassischen Physik nur schwer zu erklären ist. Daher gibt es derzeit fast 20 verschiedene philosophische Interpretationen darüber, was Quantenverhalten ist, die alle in ihren jeweiligen Anwendungen gültig sind. Unternehmen wie Merck interessieren sich für Quantenverhalten dort wo es einen industriellen Kontext betrifft. Dazu gehört auch, wie es genutzt werden kann, um Herausforderungen in den Bereichen Leistungsmaterialien, Biowissenschaften und Gesundheitswesen anzugehen.
Insbesondere hofft man, dass das Quantencomputing die Grenzen der traditionellen "digitalen" Rechenmethoden und des maschinellen Lernens, die derzeit zur Identifizierung potenzieller neuer Materialien und Medikamente und deren Wechselwirkung mit so genannten Drug Targets eingesetzt werden, überwinden kann. Diese Methoden sind sehr rechenintensiv, wenn nicht sogar unmöglich, und stützen sich oft auf riesige Datensätze, um die Modelle zu trainieren. Ein Versprechen des Quantencomputers ist, dass dieser Prozess durch die Verwendung von so genannten "Qubits" anstelle der traditionellen Nullen und Einsen der binären digitalen Berechnungen erheblich beschleunigt wird. Ein Qubit lässt sich am besten als einen Vektor beschreiben, der auf einen Punkt auf der Oberfläche einer Kugel zeigt. Drehungen dieses Vektors und Wechselwirkungen mit anderen Vektoren nach den Gesetzen der Quantenmechanik können als Verschlüsselungsberechnungen auf Quantenobjekten verwendet werden. Es ist jedoch derzeit weder klar, wie die Algorithmen für die meisten realen Probleme verwendet werden können, noch ist es möglich, die Berechnungen zu testen, da es noch keine Hardware mit genügend Qubits gibt. Dennoch sind erste interessante Ansätze für "quantenverstärkte" Berechnungen in Sicht.
Vor diesem Hintergrund haben die Darmstädter Wissenschaftsunternehmen ESA/ESOC, GSI/FAIR und Merck die Applied Quantum Conference organisiert. Sie fand am 4. Februar 2020 statt und brachte sehr unterschiedliche Branchen zusammen, die sich in ihren Problemen und Lösungsansätzen sehr ähnlich sind.
Die Konferenz zog ein Panel mit hochkarätigen Referenten von Merck, ESA/ESOC und GSI/FAIR an. Darüber hinaus präsentierten Spitzenuniversitäten die allerneuesten Fortschritte aus ihren Labors, und eine ausgewählte Gruppe von Start-ups und etablierten internationalen Firmen demonstrierten Produkte und Ergebnisse an der Spitze dieser Technologielandschaft.
„Die erste Applied Quantum Conference war sehr erfolgreich darin, Experten für die Anwendungen des Quantencomputings auf Herausforderungen in vielen Teilbereichen der realen Welt zusammenzubringen. Der Austausch von Erfahrungen hat viele Gemeinsamkeiten aufgezeigt und das Potential für gemeinsame Herangehensweisen zur Verstärkung der Nutzung des Quantencomputings in verschiedenen Gebieten sichtbar werden lassen. Bei GSI und der zukünftigen internationalen FAIR-Anlage, die gerade errichtet wird, freuen wir uns darauf, die bestehende Zusammenarbeit mit ESA und Merck auf diesem und auch weiteren Gebieten zu intensivieren“, sagte Dr. Tobias Engert, Mitorganisator der Konferenz und Leiter des Technologietransfers von GSI und FAIR.
Die Konferenz für angewandte Quantentechnik war eine spektakuläre gemeinschaftliche Beispielveranstaltung für einen Zweig der wissenschaftlichen Bestrebungen, der den Fortschritt des 21. Jahrhunderts prägen könnte. Die drei Organisatoren, ESA/ESOC, GSI/FAIR und Merck, freuen sich sehr auf alle Folgeaktivitäten, die identifiziert worden sind. (Merck/CP)
Vom 2. bis 6. März 2020 findet am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) das 38. HADES-Kollaborationstreffen statt, an dem über 80 Teilnehmer aus mehr als 20 Instituten neun europäischer Länder teilnehmen. Auf der Tagung werden die Wissenschaftler den Stand ihres Detektorsystems HADES für die geplante Nutzung am internationalen Beschleunigerzentrum FAIR erörtern sowie einen Fahrplan für zukünftige Messungen besprechen.
Das internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) entsteht gerade am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und ist eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt wollen hier Materie im Labor erzeugen, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Sie erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Kosmos seit dem Urknall.
Ein Puzzleteil auf dem Weg und gleichzeitig eine bedeutende Herausforderung der modernen Teilchenphysik ist die Erklärung des Ursprungs der Massen wichtiger Materiebestandteile. Sogenannte Hadronen (Protonen und Neutronen) vereinen 99 Prozent der Masse von leuchtender Materie im Universum. Das Gleiche gilt für unsere natürliche Umgebung, in der Protonen und Neutronen in großem Maße in Kernen gebunden sind. Um das Phänomen der „Masse von Hadronen“ zu verstehen, bedienen sich Wissenschaftler unterschiedlicher Methoden. Ein Weg ist das Studium der Zerfallsprodukte von besonders geeigneten Hadronen in der Umgebung von stark wechselwirkender Materie. Diese als Vektormesonen zusammengefassten Elementarteilchen entstehen beim Zusammenprall von Schwerionen. Wissenschaftler können sie aber auch im Labor herstellen, indem sie Kerne mit Elementarteilchen beschießen. Auf diesem Wege erzeugen die Kernphysiker stark wechselwirkende Materie mit bis zu dreifacher Kerndichte, bei Temperaturen, die dem 50.000fachen der Temperatur im Sonneninneren entsprechen.
Die so produzierten Vektormesonen zerfallen unter anderem in sogenannte Lepton-Paare, die sich beispielsweise aus Elektronen und Positronen zusammensetzen. Doch das ist ein relativ seltener Prozess. Daher benötigen die Forscher spezielle Detektoren. Hier kommt HADES (High Acceptance Di-Electron Spectrometer) ins Spiel. Der Detektor ist bei GSI installiert und auf jene Elektronen-Positronen-Paare geeicht, die die umgebende stark wechselwirkende Materie fast ungestört verlassen und damit einen direkten Zugang zur Originalmasse ihrer Ausgangshadronen ermöglichen.
HADES entstand in einer nunmehr bereits seit 25 Jahren währenden internationalen Kollaboration am Schwerionensynchrotron SIS18 der GSI Darmstadt. Die rege Zusammenarbeit von rund 100 Wissenschaftlern hat einen intensiven Wissenstransfer auf dem Gebiet der Teilchenphysik – von Monte-Carlo-Simulationen und Detektorbau über schnelle Front-End-Elektronik bis zur Datenanalyse – hervorgebracht, der auch dem HZDR zugutekommt und der sich bereits in fast 250 wissenschaftlichen Publikationen manifestiert.
Das HZDR ist umfangreich an HADES beteiligt: Allein 12 der 24 Driftkammerdetektoren wurden im HZDR-Detektorlabor, dem jetzigen Multifunktions-Labor, gefertigt. Sie sind das Herzstück, das die präzise Messung der Impulse geladener Reaktionsprodukte aus dem Schwerionenstoß erlaubt. Die Ergebnisse ermöglichen Untersuchungen der Zustandsgleichung heißer dichter Materie, vergleichbar mit dem Zustand in Neutronensternen. Auf diesem Wege erhalten die Forscher einen unverfälschten Blick in das Innere hochkomprimierter Kernmaterie. Auf ihrer nun stattfindenden Tagung wollen die Fachleute bisherige Resultate und künftige Messungen am Schwerionensynchrotron SIS18 bei GSI im Rahmen des Forschungsprogramms „FAIR-Phase 0“ sowie am FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 diskutieren. (HZDR/CP)
Für die Bestrahlungsexperimente an der Beschleunigeranlage auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt wurden hochenergetische Ionenstrahlen verwendet, die auch charakteristisch für die kosmische Strahlung im Weltraum sind, und mit modernen Mikroskopie-Techniken verbunden. Die Untersuchungen liefen im Rahmen der ersten Stufe des FAIR-Experimentierprogramms, der sogenannten „FAIR-Phase 0“. Seine Ergebnisse hat das Team der GSI-Abteilung Biophysik nun in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift „Scientific Reports“ veröffentlicht, die von der Nature Publishing Group herausgegeben wird und alle Bereiche der Naturwissenschaften abdeckt.
An dem eigens entwickelten Messplatz am Beschleuniger bestrahlten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler etablierte menschliche Zellkulturen mit Schwerionen, die Doppelstrangbrüche hervorrufen und somit eine Schädigung der Erbinformation (DNA) verursachen. Während und unmittelbar nach der Bestrahlung konnte das Forscherteam die dynamischen Vorgänge der Schadenserzeugung und die sich anschließenden Reparaturprozesse in den erbgutgeschädigten Zellen mittels sogenanntem „Live Cell Imaging“ an einem speziell aufgebauten Mikroskop direkt am Strahlplatz genau beobachten. Dazu wurden die Proteine, die in der Zelle für die Reparatur verantwortlich sind, so mit fluoreszierenden Farbstoffen versehen, dass sie im Mikroskop sichtbar waren. Die ferngesteuerte Anordnung ermöglichte es, die Proteindynamik im Zellkern lückenlos und ohne Unterbrechung von der Schadensspur bis zur biologischen Antwort der Zelle zu beobachten und visuell im Film festzuhalten.
Besonders wertvoll für neue grundlegende Erkenntnisse über die Reparaturabläufe in menschlichen Zellen ist die Möglichkeit, mit hochenergetischer Schwerionenstrahlung in ein und derselben Zelle gleichzeitig sowohl einzelne als auch gebündelte DNA-Schäden zu erzeugen und in Echtzeit zu untersuchen, was früher nur separat möglich war. Bei einer solchen räumlichen Schadensverteilung liegen viele DNA-Doppelstrangbrüche geballt entlang einer dicht-ionisierenden Schadensspur und nur einzelne, einfache Schäden außerhalb der Spur. Die Forscher konnten somit gleichzeitig beobachten, wie die selbe Zelle auf komplexe Schäden und auf einzelne Schäden reagiert.
Die Ergebnisse der Messungen zeigen Unterschiede bei dieser Schadensantwort: Die DNA-Reparaturproteine scheinen schneller an die geclusterten Schäden rekrutiert zu werden als an die einzelnen DNA-Schäden außerhalb der Ionenspur. Dafür scheint dort die verzögert begonnene Reparatur rascher zu erfolgen und weniger schwierig zu sein. Somit zeigen die Ergebnisse deutlich einen Einfluss der Qualität der DNA-Schäden auf die Dynamik der frühen Strahlenantwort und der Reparatur und lassen es sinnvoll erscheinen, einfache und gebündelte DNA-Schäden bei Betrachtungen zur Strahlenwirkung getrennt zu behandeln.
Möglichst exakte grundlegende Erkenntnisse über Reparaturabläufe in Zellen helfen der Wissenschaft auch, die Entstehung von Krebs besser nachzuvollziehen. Wenn DNA-Schäden fehlerhaft repariert werden, die Reparatur der Doppelstrangbrüche somit nicht richtig funktioniert, steigt das Krebsrisiko. Die hochenergetische Ionenstrahlung entspricht zudem der kosmischen Strahlung, mit der Astronauten bei Langzeitmissionen, etwa zum Mars, konfrontiert werden. Deshalb sind Forschungen, wie sie die GSI-Biophysik durchführt, wichtig für eine möglichst passgenaue, differenzierte biologische Risikoabschätzung in der Raumfahrt.
Der Leiter der GSI-Biophysik, Professor Marco Durante, betonte: „Es sind sehr innovative Untersuchungen, die erst durch die hohen Energien möglich werden, wie sie in der FAIR-Phase 0 bereitstehen. Wir konnten durch die Kombination modernster Molekularbiologie mit hochenergetischer Schwerionenphysik eine hochinteressanten Erkenntnisgewinn erzielen und durch die neuen Technologien zudem herausragende visuelle Forschungsergebnisse liefern.“
Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, zeigte sich sehr erfreut über das spannende Ergebnis aus der ersten Stufe des FAIR-Experimentierprogramms und unterstrich: „Am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, werden diese Möglichkeiten noch erheblich erweitert: FAIR wird Experimente mit einem noch größeren Spektrum an Teilchenintensitäten und -energien erlauben und die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung so genau simulieren können wie keine andere Beschleunigeranlage.“ (BP)
Veröffentlichung in Scientific Reports (auf Englisch)
]]>Das Patent öffnet jetzt die Tür für die Vermarktung der von Prof. Dr. Volker Lindenstruth, Prof. Dr. Horst Stöcker sowie Alexander Hauser von e3c entwickelten wegweisenden Technologie. Zusammen mit parallelen Patenten außerhalb Europas kann damit die Erfindung auf der ganzen Welt ökonomisch verwertet werden. Aus verschiedenen Ländern liegen bereits Anfragen nach der Errichtung solcher Großrechenzentren vor.
Das Rechenzentrum entwickelt sich damit zu einem wichtigen Exportprodukt „made in Hessen“. Dieser Erfolg ist auch ein Verdienst der Goethe-Uni-eigenen Transfergesellschaft Innovectis und ihres Geschäftsführers Dr. Martin Raditsch, der die Vermarktung vorangetrieben hat, sowie der GSI-Abteilungen Technologietransfer unter der Leitung von Tobias Engert und Patente unter der Leitung von Michael Geier. Die erfolgreiche Vermarktung der Patente zeigt die beispielhafte Zusammenarbeit von Universität und Großforschungseinrichtung in Hessen.
Das Münchener Unternehmen NDC Data Centers GmbH erhielt die Rechte, um die Green Technology im Rechenzentrumsbau auf der ganzen Welt zu verwerten und leistet damit im Rahmen der globalen Digitalisierung ebenfalls einen erheblichen Beitrag zum schonenden Umgang mit unseren Energieressourcen.
Die Basis hierfür bildet das von Volker Lindenstruth, Professor für die Architektur von Hochleistungsrechnern an der Goethe-Universität und damaliger Leiter der wissenschaftlichen IT bei GSI, entwickelte, visionäre Gesamtkonzept einer stark optimierten Kühlstruktur für energieeffizienteste Großrechenzentren. Auf Grundlage seines Konzepts können Großrechenzentren und kommerzielle IT-Systeme heute im Vergleich zu herkömmlichen Rechenzentren mit einem bis zu 50 Prozent geringeren Primärenergieaufwand betrieben werden.
Die Technik befindet sich bereits seit Jahren im Einsatz und wird kontinuierlich weiter verbessert: Das erste Rechenzentrum dieser Art wurde für das Goethe-Uni-eigene Rechenzentrum am Industriepark Infraserv realisiert. Ein weiteres sehr großes Rechenzentrum, der Green IT Cube, wurde vom GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt errichtet und aus Mitteln des Bundes und des Landes Hessen über Helmholtz-Ausbauinvestitionen finanziert. Das Konzept ermöglicht die Realisierung und den besonders effizienten Betrieb von Rechenzentren für Großforschungseinrichtungen, wie die bei GSI entstehende Forschungsanlage FAIR – Facility for Antiproton and Ion Research. Später wird der Green IT Cube das zentrale Rechenzentrum für FAIR, einem der größten Vorhaben für die Forschung weltweit. Mit der Server-Abwärme des Green IT Cubes wird darüber hinaus auf dem GSI-Campus bereits heute ein modernes Büro- und Kantinengebäude beheizt.
Neben den hohen Energieeinsparungen beim Betrieb dieser neuen Technologie sind solche Rechenzentren auch noch außerordentlich kosteneffizient zu bauen. Somit sind Anschaffungs- und Betriebskosten minimiert. Hier wird Ökologie mit Ökonomie sinnvoll gekoppelt.
Für ihr energieeffizientes Konzept wurden die Supercomputer von Lindenstruth in den vergangenen Jahren mehrfach ausgezeichnet. Ende 2014 erreichte ein von ihm konstruierter Rechner dank seiner stark optimierten Rechner-Architektur Platz 1 der Weltrangliste der energieeffizientesten Supercomputer.
Der Erfolg der Goethe-Universität im Bereich Green IT beflügelt auch die augenblickliche Bewerbung der Goethe-Universität zusammen mit Mainz, Kaiserslautern und Saarbrücken um einen Standort der neuen Nationalen Hochleistungsrechner (NHR). Dank der optimierten Rechner-Architektur nach dem hessischen Green-IT-Ansatz könnte den Nutzern bei gleichen Kosten wesentlich mehr Rechenleistung zur Verfügung gestellt werden. Die Goethe-Universität wäre daher ein idealer NHR-Standort.
Die hessische Wissenschaftsministerin Angela Dorn sagt: „Ich gratuliere Prof. Dr. Lindenstruth und seinem Team ganz herzlich. Besonders freut mich, dass dieser Erfolg auf einem Gebiet erreicht wurde, das mir sehr am Herzen liegt: der Energiewende, zu der Green IT einen sehr wichtigen Beitrag leisten kann. Und ich bin froh, dass wir als Land Hessen zu diesem Erfolg beigetragen haben. Der erste Hochleistungsrechner, in dem Herr Prof. Dr. Lindenstruth seine energiesparende Technik eingesetzt hat, war der LOEWE-CSC im Rechenzentrum der Goethe-Uni im Industriepark Infraserv. Das Hessische Wissenschaftsministerium hatte diese Investition sowohl über direkte Mittel als auch aus dem LOEWE-Programm mit insgesamt fast zwei Millionen Euro unterstützt. Wir ernten also heute gemeinsam die Früchte dieser Förderung und des 2008 begründeten LOEWE-Programms.“
Die Präsidentin der Goethe-Universität Prof. Dr. Birgitta Wolff betont: „Genauso wenig, wie es zu Goethes Zeiten sinnvoll war, vor eine Postkutsche immer mehr Pferde zu spannen, um schneller zu werden, so stehen wir heute auch bei der IT vor einem grundlegenden Paradigmenwechsel. Damals war die Eisenbahn die Antwort auf das Geschwindigkeitsproblem. Heute hat die smarte IT-Wirtschaft ein massives Nachhaltigkeits- und Energieproblem. Die IT-basierte Gesellschaft benötigt für ihren enormen Datenhunger neue energetische Konzepte für Großrechner, die den Energieverbrauch drastisch senken. Eine solche Lösung hat Volker Lindenstruth von der Goethe-Universität entwickelt. Die jetzt von unserer Tochter Innovectis begleitete, erfolgreiche Patentierung ist ein großer Schritt in Richtung auf eine Verbreitung und wirtschaftliche Verwertung dieser wirklich smarten Technologie.“
Prof. Dr. Volker Lindenstruth, Professor für die Architektur von Hochleistungsrechnern an der Goethe-Universität, hebt hervor: „Die erfolgreiche Patentierung ist ein Meilenstein für die weitere globale Vermarktung unseres Green-IT-Ansatzes. Es liegen dafür bereits Anfragen aus verschiedenen Regionen der Welt vor. Dies beflügelt unsere weitere Arbeit, zumal wir mit NDC nun auch einen leistungsstarken Wirtschaftspartner für die Umsetzung an unserer Seite haben.“
Prof. Dr. Karlheinz Langanke, Forschungsdirektor des GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und FAIR – Facility for Antiproton and Ion Research in Europe, sagt: „Das Höchstleitungs-Rechenzentrum Green IT Cube am GSI Helmholtzzentrum ist ein herausragendes Beispiel, wie aus der Grundlagenforschung praktisch nutzbare Erkenntnisse und Entwicklungen entstehen. Der Green IT Cube wurde entwickelt für enorme Mengen an Messdaten aus der wissenschaftlichen Forschung: Er bietet die benötigten höchsten Rechenkapazitäten und ist dabei einzigartig energieeffizient und platzsparend.“
Markus Bodenmeier, Mitgründer und Partner von NDC: „Die NDC Data Centers GmbH baut mithilfe der Innovationen von Professor Volker Lindenstruth der Goethe-Universität und der GSI die energieeffizientesten und ressourcenschonendsten Rechenzentren. So können wir die Vorteile der exponentiell wachsenden Digitalisierung nachhaltig gewährleisten. Wir liegen damit im Trend — die großen Cloudbetreiber fokussieren sich aktuell auf die Auswirkungen ihrer Aktivitäten auf die Umwelt.”
Dr. Martin Raditsch, Geschäftsführer der Innovectis GmbH, einem Tochterunternehmen der Goethe-Universität, erklärt: „Die Anwendung dieser Technologie ist ein sehr schönes Beispiel, dass Resultate aus Grundlagenforschung der Universität und deren Transfer zu technologischen Lösungen gesellschaftlicher Herausforderungen führen. Die fortschreitende Digitalisierung von Industrie und Gesellschaft kann nun durch unsere Technologie deutlich energiesparender umgesetzt werden.“
Dr. Tobias Engert, Leiter der Technologietransfer-Abteilung bei GSI freut sich über den Erfolg: „Das Kühlkonzept des Green IT Cubes bei GSI beruht auf einer innovativen Idee zur Senkung der Energiekosten, die nun gemeinsam mit Innovectis erfolgreich an NDC vermarktet werden konnte. Mit einem innovativen Kühlsystem ausgestattet, erfüllt der Green IT Cube die hohen Anforderungen an optimale Energieeffizienz und höchste Rechenleistung und wird später das zentrale Rechenzentrum der neuen Beschleunigeranlage FAIR – Facility for Antiproton an Ion Research werden. Die Vermarktung der Patente ist wohl einer der bedeutendsten Technologietransfers von GSI in die Industrie.“ Sein Kollege Michael Geier, Leiter der Abteilung Patente, ergänzt: „Der Verkauf der Patente an NDC belegt, wie wichtig es ist, die in Forschungseinrichtungen wie GSI entwickelten neuen technischen Lösungen durch Patente abzusichern. Solche Patente sind ein entscheidender Faktor für einen Technologietransfer in die Industrie, durch den Einnahmen generiert werden, die dann wieder in die Forschung fließen.“ (GU/JL)
Nach einem Überblicksvortrag erkundeten die Jugendlichen auf einem Rundgang Teilchenbeschleuniger und Experimentierstationen auf den FAIR- und GSI-Campus. Sie konnten die Fortschritte auf dem FAIR-Baufeld und die Entwicklung der Magnete für die FAIR-Beschleunigeranlage am Magnet-Teststand in Augenschein nehmen. Von besonderem Interesse für die jungen Talente waren die Forschungsaktivitäten rund um die Entdeckung und Erforschung chemischer Elemente. Abgerundet wurde der Besuch durch eine Diskussionsrunde mit GSI-Wissenschaftler Thomas Neff aus der Abteilung Theorie, der als Schüler ebenfalls Teilnehmer der Chemieolympiade war. „Neugierig sein und Fragen stellen – diese zwei Dinge sind wichtige Voraussetzungen für Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, um neue Erkenntnisse in der Grundlagenforschung zu erlangen“, gab Thomas Neff tiefergehende Einblicke in den Forscheralltag an einem Forschungszentrum.
Die jungen Talente aus den Oberstufenklassen haben sich in einem Auswahlverfahren für ein mehrtägiges Seminar in Darmstadt qualifiziert. Neben chemischen Untersuchungen und dem Lösen von Übungsaufgaben ist die Exkursion zu FAIR und GSI fester Bestandteil des Seminars. „FAIR und GSI haben unsere Jugendlichen beeindruckt, den Forschergeist beflügelt und Sehnsüchte entfacht. Die Exkursion regt zum weiteren Nachdenken und zu vielen intensiven Diskussionen an“, stellte Uta Purgahn, die Landesbeauftragte des IChO Thüringen, die Bedeutung der Exkursion heraus. (JL)
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Das Quadrupol-Doublet-Modul besteht aus zwei supraleitenden Quadrupoleinheiten, die am Joint Institute for Nuclear Research (JINR) im russischen Dubna gefertigt wurden, und verschiedenen von GSI gelieferten, kryogenen Komponenten (beispielsweise Strahlpositionsmonitore, Ionenfänger und dünnwandige Quadrupolkammern). Neben der Integration dieser Komponenten des Quadrupolmoduls ist Bilfinger Noell auch für die Fertigung des Kryostatbehälters, des gemeinsamen Tragwerkes, des Wärmeschildes und anderer Teile verantwortlich.
Vor der Integration der Komponenten muss die kalte Masse – also der zu kühlende Teil der Magnete – auf zwei gemeinsame Träger montiert und installiert werden. Die dabei erforderliche hochpräzise Positionierung der kalten Masse wird, ähnlich wie bei den Dipolmagneten, mit einem speziellen Gestänge erreicht. Insgesamt ist der hohe Integrationsgrad eine der großen Herausforderungen der SIS100-Quadrupolmodule. Denn die Integration von zwei Quadrupol-Einheiten in einem gemeinsamen Kryostatbehälter ist eine Konstruktion, die von anderen Beschleunigeranlagen abweicht.
Der Vorteil dieses neuartigen Designs: Es ermöglicht eine kompakte Bauweise des FAIR-Ringbeschleunigers SIS100, erlaubt außerdem die Anwendung innovativer Technologien wie beispielsweise kryogener Ionenfänger und bietet ionenoptische Vorteile. Da diese Technologie bisher noch nirgends realisiert wurde, war der erste Kalttest des gelieferten Moduls bei seiner endgültigen Betriebstemperatur von -270 Grad ein besonders spannender Moment für das Projektteam und von großer Bedeutung für das SIS100-Projekt.
Der erste Kalttest wurde bei GSI an der Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten (STF, Series Test Facility) vorgenommen. Das Ergebnis: Der gemeinsame Träger zeigte eine lineare Schrumpfung, aber keine signifikante seitliche Bewegung der Position der Quadrupol-Einheiten. Die experimentelle Verifikation dieses erwarteten Verhaltens des Trägers bei Temperaturwechseln war ein wichtiger Schritt für das gesamte SIS100-Projekt. In den kommenden Wochen und Monaten wird das Modul sorgfältig evaluiert. Dazu gehören unter anderem Hochspannungsisolationstests und geometrische Messungen, Untersuchungen zur thermomechanischen Belastung und Leistungstests mit den Haupt- und Korrekturmagneten.
Begleitet wird das Testprogramm von Fachleuten des italienischen nationalen Kernphysikinstituts (INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare). In der Einrichtung im italienischen Salerno werden später weitere Tests, die SATs (Site Acceptance Tests) der gesamten Quadrupol-Modulreihe, durchgeführt. Hierfür wurden in der zweiten Jahreshälfte 2019, mit dem INFN und der Universität Salerno verschiedene vertragliche Vereinbarungen getroffen. (BP)
]]>Das Big Science Business Forum 2020 wird die zweite Veranstaltung der zentralen Anlaufstelle für europäische Unternehmen und andere Interessenvertreter sein, die sich über die künftigen Investitionen und Beschaffungen der europäischen Großforschungsorganisationen informieren möchten, die ein Gesamtvolumen von 38.400 Millionen Euro ausmachen. Dem Erfolg des ersten BSBF folgend, das 2018 in Kopenhagen stattfand, wird das Forum erneut den Unternehmen die Möglichkeit bieten, sich über Geschäftsmöglichkeiten in den kommenden Jahren in einer Vielzahl von Geschäftsbereichen und Technologien zu informieren.
Sie haben die Möglichkeit, Vertreter der europäischen Big Science-Organisationen (wie FAIR) und ihre wichtigsten Lieferanten und Technologieexperten zu treffen, sich zu vernetzen und langfristige Partnerschaften aufzubauen, ihr Fachwissen und ihr Potenzial für den Big Science-Markt durch die Teilnahme an der offenen Ausstellungsfläche zu präsentieren und einen Einblick zu erhalten, wie Unternehmen mit dem Big-Science-Markt interagieren können. (CP)
Bei ihrem Besuch auf dem Forschungscampus gab Dr. Ingo Peter, Leiter der Öffentlichkeitsarbeit von GSI und FAIR, den mehr als 30 Künstlerinnen und Künstlern zunächst einen Überblick in die aktuelle Forschung und das derzeit bei GSI entstehende internationale Beschleunigerzentrum FAIR. Danach war Zeit für spannende Entdeckungen und Motivsuche rund um die bestehenden Beschleunigeranlagen, Experimentaufbauten, Hightech-Komponenten und die Plattform, die einen weiten Blick auf die Mega-Baustelle für FAIR und den großen Ringbeschleuniger, das Herzstück der künftigen Anlage, ermöglicht.
Den „Urban Sketchers“ boten sich zahlreiche außergewöhnliche Motive, vom großen Ganzen bis zum ästhetischen Hightech-Detail. Am Ende des Besuchs hatte die Gruppe eine große Bandbreite an Kunstwerken vor sich liegen – außergewöhnlich, exakt beobachtet und mit ganz individueller Handschrift umgesetzt. Wie es das Manifest der „Sketchers“ festlegt, veröffentlichen die Zeichnenden, ob professionelle Künstler oder begeisterte Amateure, ihre Zeichnungen sowie Informationen über ihre Aktivitäten online über Blogs und Social-Media-Kanäle. (BP)
Nach einführenden Präsentationen über die bestehenden GSI-Beschleuniger, -Experimente und -Erfolge sowie über das FAIR-Projekt warfen die Gäste anschließend bei einer Bustour über die FAIR-Baustelle einen Blick auf den Baufortschritt. Es folgte eine Führung durch die GSI-Anlagen, bei der sie sich über die medizinischen Anwendungen von Ionenstrahlen und den Großdetektor HADES informierten.
GSI und FAIR pflegen eine enge und langjährige Zusammenarbeit mit Italien und seinen vielfältigen Forschungseinrichtungen. Eine große Zahl italienischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler trägt zu den FAIR-Experimenten bei. Hochrangige italienische Forschende sind in vielen der mit FAIR und GSI verbundenen wissenschaftlichen Gremien vertreten. Zusätzlich stellt Italien Technologie für FAIR zur Verfügung, beispielsweise Magnetprototypen und Kältetests der supraleitenden Quadrupolmodule für den SIS100-Ringbeschleuniger. (CP)
]]>Das MoU über die Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Kernforschung und Beschleunigerwissenschaften und -technologien sowie anderer wissenschaftlicher Bereiche von gemeinsamem Interesse wurde zwischen GSI/FAIR, vertreten durch den Wissenschaftlichen Geschäftsführer Professor. Paolo Giubellino, der Universität Salerno, vertreten durch seinen Rektor Professor Vincenzo Loia, und dem Fachbereich Physik, vertreten durch seinen Direktor Professor Salvatore De Pasquale abgeschlossen. Die Zeremonie fand auf dem Universitätsgelände in Fisciano statt, in Anwesenheit von Professor Luca Lista, Direktor der Sektion Neapel der italienischen nationalen Kernphysikinstitution (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN).
Diese Zusammenarbeit wird in Kürze mit Aktivitäten an der Universität Salerno in Zusammenhang mit den Kalttests von supraleitenden Magnetmodulen für den derzeit im Bau befindlichen großen FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 beginnen. In diesem Rahmen ist ein gegenseitiger Austausch von Forschenden und Studierenden vorgesehen, um das Wissen im Bereich der kryogenen Anlagen für supraleitende Magnete für Teilchenbeschleuniger zu vertiefen.
„Dies wird nur der erste Schritt für eine umfassendere Zusammenarbeit bei der Entwicklung verschiedener Technologien im Bereich der Kernphysik sein“, kündigten die Beteiligten gemeinsam an. (BP)
]]>Es ist ein exotischer Atomkern, der weiter außerhalb der Protonen-Dripline liegt, als bisher jemals beobachtet: Kalium-31 ist zwar mit einer Halbwertszeit von weniger als eine Nanosekunde extremst kurzlebig, aber dass der Atomkern überhaupt existiert, ist ein neuer Rekord. Die Protonen-Dripline markiert in der Physik eine Grenze, hinter der die ungebundenen Atomkerne liegen. Wegen des unausgewogenen Verhältnisses von Neutronen und Protonen können sie kaum noch existieren und zerfallen sehr schnell. Kalium-31 liegt vier Neutronen weit außerhalb von dieser Dripline. Ein Atomkern so weit von der Grenze entfernt wurde bisher noch nie beobachtet.
Das exotische Isotop von Kalium wurde mithilfe der Teilchenbeschleunigeranlage auf dem GSI/FAIR-Campus erzeugt. Der Ringbeschleuniger SIS18 und der Fragmentseparator (FRS) produzierten in Kombination einen sekundären Teilchenstrahl von Argon-31, der wiederum auf ein Beryllium-Target geschossen wurde. Auf diese Weise gelang es dem Forschungsteam das Kalium-31 herzustellen. Daria Kostyleva, die gerade ihre Doktorabeit bei GSI, FAIR und an der Universität Gießen schreibt, hat die Daten des Fragmentseparator-Experiments analysiert und Simulationen durchgeführt. „Wir sind noch nicht an der Grenze von ungebundenen Systemen zu chaotischer Kernmaterie angekommen“, sagt sie. „Es könnte Atomkerne geben, die bis zu sieben Neutronen weit von der Protonen-Dripline weg sind. Wir wollen testen, ob die Grundprinzipien der Kernphysik dort immer noch gelten.“
Diese chaotischen Systeme könnten in Zukunft an der neuen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR gefunden werden. Die Detektoren, mit denen die Entdeckung gemacht wurde, sind Teil des Experimentprogramms am Super-Fragmentseparator, der an FAIR betrieben werden soll und Teil der großen Experimentkollaboration NUSTAR ist. Dank des wesentlich intensiveren Teilchenstrahls von FAIR und den höheren Energien, die erreicht werden können, erwarten die Wissenschaftler viele neue Isotope zu entdecken. Die Experimente, die die weit von der Protonen-Dripline entfernten ungebundenen Systeme untersuchen, werden von der EXPERT-Kollaboration (EXotic Particle Emission and Radioactivity by Tracking) des Super-FRS durchgeführt. An den EXPERT-Experimenten sind unter anderem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von GSI und FAIR, der Universität Gießen, des Vereinigten Instituts für Kernforschung in Dubna (Russland), der Silesian Universität in Opava (Tschechische Republik) und der Universität Warschau (Polen) beteiligt. (LW)
Original-Publikation: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.092502
]]>Sechs Jahre lang plante die HADES-Kollaboration den HADES-Großdetektor, der in 2001 mit Strahlen aus dem GSI-Ringbeschleuniger SIS18 erstmals in Betrieb genommen wurde. HADES steht für Elektron-Positron-Detektor mit einer großen Akzeptanz (High Acceptance Di-Electron Spectrometer) und besteht aus verschiedenen Detektorsystemen mit etwa 100.000 individuellen Messzellen sowie einem supraleitenden Magnet zur Ablenkung geladener Teilchen. Der besondere Aufbau von HADES ermöglicht es, Teilchen mit sehr hoher Präzision zu messen und außerdem sehr seltene Teilchen zu finden.
Während der letzten Messkampagne produzierte HADES eine Datenmenge von bis zu einem Gigabyte in der Sekunde. Um gezielt mehr über den Aufbau von Neutronen und Protonen zu erfahren und so die Frage nach dem Ursprung der Masse zu beantworten, untersuchen die Forscher Elektron-Positron-Paare, deren Spuren in den riesigen Datenmengen identifiziert werden müssen. Auf diese Weise ermöglicht das haushohe HADES-Detektorsystem den Forschenden spannende Einblicke in die Geschehnisse bei der Kollision zweier schwerer Kerne bei relativistischen Energien. HADES erlaubt es ihnen auch, den mikroskopischen Eigenschaften extremer Materiezustände, wie sie etwa im Inneren von Neutronensternen vorliegen, im Labor auf die Spur zu kommen. Weitere Höhepunkte der HADES-Forschung mit Schwerionenstößen sind die Erzeugung von Strangeness und mikroskopische Eigenschaften von dichter Kernmaterie.
Erst vor Kurzem wurde der Messaufbau einem umfangreichen Upgrade unterzogen. Das 4,5 Meter hohe und 4,5 Meter breite Elektromagnetische Kalorimeter (ECAL) wurde in den vergangenen Monaten hinter dem bisherigen Detektor aufgebaut. Es enthält 16 Tonnen Bleiglas, die es Wissenschaftlern ermöglichen in Zukunft auch Photonen direkt nachzuweisen, statt wie bisher über deren Konversionsprozess. Durch die Messung der Photonen können nun auch neutrale Mesonen nachgewiesen werden, oder auch elektromagnetische Zerfälle von Hyperonen untersucht werden.
HADES wird in Zukunft ein wichtiger Teil des Experimentierprogramms zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM an der internationalen Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) werden, die aktuell bei GSI errichtet wird. Forscherinnen und Forscher werden unter anderem Vorgänge in Neutronensternen mit nie da gewesener Präzision und über einen sehr weiten Dichtebereich untersuchen können. (CP)
Zentrale Themen der einführenden Präsentation und einer gemeinsamen Diskussion waren die langjährigen Kooperationen zwischen den Institutionen. Die TU Darmstadt und FAIR und GSI sind seit vielen Jahren eng miteinander vernetzt und arbeiten auf vielen Gebieten erfolgreich zusammen. Die Kombination aus Lehre, Forschung und einer exzellenten Forschungsinfrastruktur bildet die Grundlagen für die zahlreichen erfolgreichen Projekte.
Auf einem Rundgang durch die Forschungsanlage erläuterten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die eng mit der TU Darmstadt kooperieren, ihre Forschungsprojekte. Die Wissenschaft am Großdetektor HADES erörterte Tetyana Galatyuk, Professorin am Institut für Kernphysik an der TU Darmstadt und leitende Wissenschaftlerin an HADES und CBM bei GSI. Vincent Bagnoud, Privatdozent im Fachbereich Kernphysik der TUD und Abteilungsleiter Plasmaphysik bei GSI, stellte den Hochleistungslaser PHELIX sowie die aktuellen Experimente vor. Christian Graeff, Gruppenleiter der Medizinphysik und Stellvertretender wissenschaftlicher Leiter der Biophysik, gab einen Einblick in die medizinische Forschung am Behandlungsplatz der Krebstherapie. Über die Fortschritte beim Großprojekt FAIR konnte sich Professor Ralph Bruder bei einem Blick von der Besucherplattform auf die FAIR-Baustelle und bei der Besichtigung des Kryo-Teststands für supraleitende Magnete informieren. Den Abschluss des Besuchs bildete ein Fachgespräch mit Dorothee Sommer. (JL)
Neben einem Vortrag zur Untersuchung der kosmischen Strahlung bei GSI und FAIR gelang es des Weiteren, Thomas Reiter von der European Space Agency ESA, der als Astronaut mehrere Flüge ins All unternommen hat, für einen Vortrag zu gewinnen. Beiträge zu Stadtentwicklung für die Wissenschaft, Quantenkryptografie und supraleitender Magnettechnik am zukünftigen FAIR-Beschleuniger runden das Programm ab.
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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten. (CP)
Abhängig von ihrer Masse entwickeln sich Sterne im Laufe ihres Daseins sehr unterschiedlich. Sterne geringer Masse, wie etwa unsere Sonne, werden am Ende zu weißen Zwergen. Massereiche Sterne andererseits enden in einer spektakulären Explosion, die man als Supernova bezeichnet, und lassen entweder einen Neutronenstern oder ein schwarzes Loch zurück. Das Schicksal der massearmen und massereichen Sterne ist gut verstanden, aber die Situation bei Sternen mittlerer Masse, die zwischen sieben und elf Sonnenmassen aufweisen, war bisher unklar. Dies ist überraschend, da sie in unserer Galaxie weitverbreitet sind.
„Das Schicksal der Sterne mittlerer Masse hängt von einem winzigen Detail ab, nämlich wie leicht das Isotop Neon-20 im Inneren des Sterns sich Elektronen einfangen kann. Je nach Elektroneneinfangsrate wird der Stern entweder in einer thermonuklearen Explosion zerstört oder er kollabiert und bildet einen Neutronenstern“, erklärt Professor Gabriel Martínez-Pinedo aus der GSI-Forschungsabteilung Theorie und dem Institut für Kernphysik, TU Darmstadt. Professor Karlheinz Langanke, Forschungsdirektor von GSI und FAIR, ergänzt: „Die Arbeiten begannen, als wir erkannten, dass ein stark unterdrückter, bisher ignorierter und experimentell unbekannter Übergang zwischen den Grundzuständen von Neon-20 und Fluor-20 ein essentielles Puzzlestück zur Bestimmung der Elektroneneinfangsrate in Sternen mittlerer Masse ist.“ Durch eine Kombination präziser Messungen des Beta-Zerfalls von Fluor-20 mit theoretischen Berechnungen gelang einer internationalen Kollaboration unter Beteiligung von GSI und der TU Darmstadt nun die Bestimmung dieser wichtigen Rate. Das Experiment fand unter sehr viel friedvolleren Bedingungen statt als im Inneren von Sternen, nämlich am Beschleunigerlabor der Universität Jyväskylä. Gemessen wurde ein überraschend starker Übergang zwischen den Grundzuständen von Neon-20 und Fluor-20, was zu einem Elektroneneinfang in Neon-20 bei einer sehr viel geringeren Dichte führt als bisher angenommen. Für den Stern bedeutet dies, entgegen bisheriger Annahmen, dass er sehr viel wahrscheinlicher von einer thermonuklearen Explosion zerstört wird, als zu einem Neutronenstern zu kollabieren. „Es ist beeindruckend, dass ein einzelner Übergang so einen starken Einfluss auf die Entwicklung so eines großen Objekts wie eines Sterns haben kann“, sagt Dag Falin Strömberg, der als Doktorand an der TU Darmstadt für einen großen Teil der Simulationsrechnungen verantwortlich war.
Da thermonukleare Explosionen deutlich mehr Material ausstoßen als die von einem Gravitationskollaps ausgelösten, haben die Ergebnisse Auswirkungen auf die chemische Entwicklung der Galaxis. Das ausgestoßene Material ist reich an Titan-50, Chrom-54 und Eisen-60. Daher könnten ungewöhnliche Titan- und Chrom-Isotopenverhältnisse, die man in einigen Meteoriten gefunden hat, sowie die Entdeckung von Eisen-60 in Tiefseesedimenten von Sternen mittlerer Masse produziert worden sein und somit bezeugen, dass diese in unserer galaktischen Nachbarschaft in der fernen (Milliarden Jahre) und nicht so fernen (Millionen Jahre) Vergangenheit explodiert sind.
Im Licht dieser neuen Funde scheint das wahrscheinlichste Schicksal eines Sterns mittlerer Masse eine thermonukleare Explosion zu sein, die eine weniger leuchtstarke Supernova vom Typ Ia und eine spezielle Art des weißen Zwergs, genannt weißer Sauerstoff-Neon-Eisen-Zwerg, erzeugt. Die (Nicht-)Entdeckung eines solchen weißen Zwergs in der Zukunft würde wichtige Einblicke in den Explosionsmechanismus ermöglichen. Eine weitere offene Frage ist die Rolle der Konvektion, also der Bewegung großer Materialmengen im Inneren des Sterns, in der Explosion.
An bestehenden und an zukünftigen Beschleunigerzentren wie der internationalen FAIR-Anlage (Facility for Antiproton and Ion Research), die aktuell bei GSI errichtet wird, können bisher unerforschte Isotope und ihre Eigenschaften untersucht werden. Auch weiterhin holen sich die Forscherinnen und Forscher auf diesem Weg das Universums ins Labor, um den ungeklärten Fragen zu unserem Kosmos auf den Grund zu gehen. (CP)
Nach Einführungsvorträgen über die Anlagen hatten die Gäste in einer Bustour über die FAIR-Baustelle die Gelegenheit, einen Eindruck des sich schnell entwickelnden Errichtungsfortschritts zu gewinnen. In einem anschließenden Rundgang durch die GSI-Anlagen erfuhren sie mehr über beispielsweise die supraleitenden FAIR-Magnete und ihre Tests, das Detektorlabor, die Ionenquellen, die Entdeckung und Erforschung superschwerer Elemente sowie die medizinischen Anwendungen von Ionenstrahlen zur Krebstherapie. Ebenfalls hatten sie Gelegenheit zu einem Treffen und Diskussionen mit italienischen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, die aktuell für GSI und FAIR auf dem Campus tätig sind.
Zwischen GSI/FAIR und dem INFN besteht eine langjährige und sehr freundschaftliche Kooperation. Eine Vielzahl italienischer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler trägt zu den FAIR-Experimenten bei. INFN im Speziellen wird eine Serie von komplexen Magnetsystemen, sogenannte Quadrupolmodule, für den großen FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 umfangreichen Kältetests unterziehen und damit einen wichtigen Beitrag zum FAIR-Projekt leisten. (CP)
]]>Die Juristin Ursula Weyrich war seit 2014 die erste gemeinsame Administrative Geschäftsführerin von GSI und FAIR und zuvor Gründungsvorstand des Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen in Bonn. Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von GSI und FAIR, sowie GSI-Aufsichtsrat und FAIR Council dankten Ursula Weyrich für ihren großen Einsatz und für ihre sachkundige Arbeit: „GSI und FAIR haben sich während der Amtszeit von Ursula Weyrich sehr erfolgreich entwickelt. Ihr Handlungsmaßstab als Administrative Geschäftsführerin war, Rahmenbedingungen zu schaffen, unter denen sich der GSI/FAIR-Campus ebenso wie der Forschungsbetrieb mit dem erfolgreichen Start des FAIR-Forschungsprogramms, der FAIR-Phase 0, sowie das FAIR-Bauprojekt weiter entfalten konnten.“
In ihre Zeit fielen beispielsweise der Neubau des Büro- und Kantinengebäudes, außerdem Planung und Baubeginn für das neue Parkhaus und die Planungen für das FAIR-Control-Center. Neben den klassischen kaufmännischen Aufgaben und der strategischen Campusentwicklung hat Ursula Weyrich wichtige Weichenstellungen bei der Schaffung einer einheitlichen Gesamtorganisationsstruktur für GSI und FAIR vorgenommen. Hinzu kamen neue Organisationsstrukturen in der Administration und in den infrastrukturellen Bereichen sowie bei der zielgerichteten Entwicklung der Gesamtfinanzbedarfsplanung.
Als Expertin für Verwaltung und Finanzen bei GSI und FAIR hat Ursula Weyrich mit diesen soliden Strukturen zugleich eine wichtige Basis für die sehr positive Begutachtung des FAIR-Projekts geschaffen, die ein hochrangiges internationales Expertengremium im vergangenen Jahr vorgelegt hatte. (BP/IP)
]]>Das ExtreMe Matter Institute (EMMI) mit seinen Forschungsgruppen an der Technischen Universität Darmstadt und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung wird sich an einem neuen Forschungsnetzwerk von Netzwerken für die nukleare Astrophysik beteiligen. Die US National Science Foundation (NSF) fördert das Joint Institute for Nuclear Astrophysics – Center for the Evolution of the Elements (JINA-CEE) unter der Leitung der Michigan State University (MSU) mit Mitteln in Höhe von zwei Millionen US-Dollar für den Aufbau des neuen International Research Network for Nuclear Astrophysics (IReNA).
Insgesamt vereint IReNA fünf Forschungsverbünde: Neben EMMI werden das europäische Netzwerk "Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos" (ChETEC), der Sonderforschungsbereich "The Milky Way System", das Japan Forum of Nuclear Astrophysics UKAKUREN und die internationale Nucleosynthesis Grid Collaboration (NuGRID) Mitglieder sein.
IReNA besteht aus sieben Universitäten als Kerninstituten in den Vereinigten Staaten und umfasst 62 assoziierte Institutionen in 17 Ländern. Die kombinierten Infrastruktur- und Forschungskapazitäten, die den IReNA-Wissenschaftlern zur Verfügung stehen, werden das Verständnis des Ursprungs der chemischen Elemente und der Eigenschaften dichter Kernmaterie beschleunigen.
Im Zeitalter der Multimessenger-Astronomie werden extreme astrophysikalische Umgebungen wie Supernovae und Neutronensternverschmelzungen mit Hilfe von Gravitationswellen, sichtbarem Licht, Infrarotlicht, Röntgenstrahlen, Gammastrahlen, Radiowellen und Neutrinos untersucht. IReNA ist ein Anschub zum richtigen Zeitpunkt für die Gemeinschaft der nuklearen Astrophysik. Die Menge und der Umfang der nuklearen und astrophysikalischen Daten und Fachkenntnisse, die zur Beantwortung offener Fragen über das Universum benötigt werden, kann nicht von einem einzigen Land bereitgestellt werden. IReNA schafft die notwendigen Kommunikationskanäle und Strukturen für Zusammenarbeit. Gemeinsam haben die Wissenschaftler von IReNA Zugang zu einer Vielzahl von Beschleunigern, astronomischen Observatorien, experimenteller Ausrüstung, Daten und Computercodes.
IReNA wird auch Austauschprogramme, innovative Workshops und Tagungen schaffen, die die Netzwerkkommunikation und die Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses fördern.
"Dies ist ein innovativer Ansatz für die Wissenschaft. Es ist auch eine einzigartige Gelegenheit für junge Forscher, sich fachübergreifend zu bilden und Erfahrungen in der Zusammenarbeit in großen Teams zu sammeln", sagte Hendrik Schatz, Direktor von JINA-CEE und IReNA.
Das ExtreMe Matter Institute EMMI am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt wurde 2008 als Netzwerk deutscher und internationaler Partnerinstitutionen, darunter JINA-CEE, gegründet. Das neue IReNA-Netzwerk umfasst im Rahmen von EMMI mehrere Forschungsgruppen an der Technischen Universität Darmstadt und bei GSI. EMMI widmet sich der Förderung der interdisziplinären Erforschung von Materie unter extremen Bedingungen von Temperatur und Dichte. Mehr als 400 Wissenschaftler an den 13 Partnerinstitutionen von EMMI untersuchen verschiedene Formen stark gekoppelter Materie unter extremen Bedingungen, darunter die heißeste, kälteste und dichteste Materie im Universum. Überraschenderweise sind diese sehr unterschiedlichen Materieformen in ihrer theoretischen Beschreibung durch gemeinsame Konzepte verbunden. EMMI fungiert auch als Think Tank für die Strategie zukünftiger Experimente, beispielsweise an der Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), die sich derzeit bei GSI im Bau befindet.
Die NSF-Förderung ist Teil des Programms Accelerating Research through International Network to Network Collaborations (AccelNet). AccelNet wurde entwickelt, um den Prozess wissenschaftlicher Entdeckungen zu beschleunigen und die nächste Generation von US-Forschern auf internationale Kooperationen mit vielen Forschergruppen vorzubereiten. Das AccelNet-Programm unterstützt strategische Verbindungen zwischen US-amerikanischen Forschungsnetzwerken und komplementären Netzwerken im Ausland, die Forschungs- und Bildungsressourcen nutzen, um große wissenschaftliche Herausforderungen anzugehen, die erhebliche koordinierte internationale Anstrengungen erfordern. (CP)
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Es war ein historischer Tag, jener Mittwoch vor 50 Jahren, als Bundeswissenschaftsminister Hans Leussink und der Hessische Ministerpräsident Albert Osswald in Bonn den entscheidenden Vertrag für die Gründung von GSI unterschrieben. Bund und Land Hessen legten damit fest, dass sie in Darmstadt gemeinsam einen Schwerionenbeschleuniger errichten und betreiben wollten: die Geburtsstunde der Gesellschaft für Schwerionenforschung.
Seit mittlerweile 50 Jahren realisiert GSI Spitzenforschung, derzeit wird mit dem FAIR-Projekt die Zukunft gestaltet. Mit dem künftigen Beschleunigerzentrum FAIR werden die internationalen Dimensionen der Forschung noch einmal deutlich erweitert. Menschen aus aller Welt werden auf dem Campus in Darmstadt auf Jahrzehnte hinaus erstklassige Forschung betreiben und das Universum im Labor erforschen können. Viele Aktionen spannen deshalb im Jubiläumsjahr den Bogen von der Historie zur Zukunft. Ganz aktuell zum Jubiläumstag gibt es auf der GSI- und FAIR-Homepage Gelegenheit zu einer Zeitreise per Foto-Slider: eine interaktive Früher-Heute-Schau, in der sich die Bilder virtuell überlagern und damit illustrieren, wie es früher auf dem Campus aussah und wie es heute dort aussieht. Auf diese Weise sind spannende Einblicke entstanden beispielsweise in den Linearbeschleuniger, den Kontrollraum oder die Experimentierhallen.
Einen noch ausführlicheren Streifzug durch ein halbes Jahrhundert bietet der digitale GSI-Zeitstrahl, in dem Höhepunkte der GSI-Geschichte präsentiert werden. Die Nutzer können sich durch 50 Jahre GSI klicken und auch einen Blick in die Zukunft von FAIR werfen. Die großen Forschungserfolge wie die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen oder die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen sind ebenso zu finden wie die wichtigsten Weichenstellungen für FAIR, vom völkerrechtlichen Abkommen für das weltweit einmalige Projekt bis zur Fertigstellung der ersten Rohbauten für den großen FAIR-Ringbeschleuniger.
Die Erfolge von GSI in diesen 50 Jahren basieren auf dem Wissen, der Passion und der Kreativität der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Viele von ihnen haben sich an den Events zum Jubiläumsjahr aktiv beteiligt, haben beispielsweise in der Aktion „50 Jahre, 50 Bilder“ ihr Lieblingsfoto gekürt, oder ihre ganz persönlichen Erinnerungen an ihre Zeit bei GSI als kurze Erzählungen verfasst. Die schönsten Anekdoten und die beliebtesten Fotomomente sind derzeit bei einer öffentlich zugänglichen Ausstellung auf dem Campus zu sehen. Im kommenden Frühjahr wird es für die Beschäftigten und die Wissenschafts-Community als Ausklang der vielfältigen Jubiläumsaktivitäten noch eine Festveranstaltung geben, bei der auch Vertreter aus der Politik, den Universitäten und Partner aus den internationalen wissenschaftlichen Kollaborationen teilnehmen werden. (BP)
Eine Übersicht über die Infoangebote, Aktionen und Sondereditionen rund um das Jubiläum gibt es hier.
]]>Der Workshop startete mit Jahrestagung der CSE, gefolgt von einer zweitägigen Vortragsveranstaltung, die von einer Poster- und einer Industrieausstellung über verschiedene Aspekte der Kryotechnologie begleitet wurde. Insgesamt waren 121 Teilnehmende und 17 Industrieaussteller vor Ort. Ein Großteil kam aus Europa, aber auch aus China und Nordamerika waren Vertreter anwesend. Das Programm bestand aus insgesamt 18 Vorträgen und 19 Postern. Die Inhalte behandelten sowohl Beschreibungen von maschinenbaulichen Aspekten als auch Grundlagenforschung in der Kryotechnik und der Supraleitung. Referenten berichteten unter anderem beispielsweise über die Kryotechnik an der ESS, an FAIR und an der chinesischen Beschleunigeranlage HIAF, über Hochtemperatursupraleiter oder die Relevanz der Kryotechnik in der experimentellen Kosmologie. Auch ein Besuch der ESS, die aktuell in Lund errichtet wird, gehörte zum umfangreichen Veranstaltungsprogramm. (CP)
Durch Beobachtungen der NASA-Mission "Neutron star Interior Composition Explorer" (NICER) haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine neue Stufe im Verständnis von Pulsaren, also ultradichten Überbleibseln explodierter Sterne, erreicht. NICER ist ein Röntgeninstrument an Bord der internationalen Raumstation und hat nun erstmals präzise und verlässliche Größen- und Massenmessungen von Pulsaren ermöglicht. An der Forschung ist auch das ExtreMe Matter Institute EMMI von GSI und TU Darmstadt beteiligt.
Der vermessene Pulsar J0030+0451 (oder J0030 in Kurzform) befindet sich in einer isolierten Weltraumregion, etwa 1.100 Lichtjahre entfernt im Sternbild Fische. Die Resultate der neuen Messungen offenbaren, dass die Form und Orte von sogenannten hot spots, Millionen Grad heißer Regionen auf der Oberfläche des Pulsars, viel komplexer sind als erwartet. „Von seiner Position auf der Raumstation aus revolutioniert NICER gerade unser Verständnis von Pulsaren“, so Paul Hertz, Direktor der Abteilung für Astrophysik am NASA-Hauptquartier in Washington. „Pulsare wurden vor mehr als 50 Jahren entdeckt als Leuchtfeuer von Sternen, die zu dichten Kernen kollabiert sind, und verhalten sich komplett anders als alles, was wir auf der Erde sehen. Dank NICER können wir die Natur und Eigenschaften dieser ultradichten Überbleibsel auf eine Weise studieren, die bis jetzt unmöglich schien”, so Hertz.
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von TU Darmstadt und EMMI haben wesentlich dazu beigetragen, die Bedeutung der NICER-Messungen für die Zustandsgleichung dichter Materie zu verstehen. In einer Reihe von Publikationen, erschienen in einer Sonderausgabe des Journals „The Astrophysical Journal Letters", wurden die neuen Messungen von J0030 analysiert und sind nun online zugänglich.
Wenn ein schwerer Stern stirbt, geht dessen Brennstoff zur Neige, er kollabiert unter seinem eigenen Gewicht und explodiert schließlich als eine Supernova. Relikte solcher Sternexplosionen sind Neutronensterne, die mehr Masse beinhalten als unsere Sonne, konzentriert in einer Kugel von etwa der Dimension des Großraums Darmstadt. Pulsare sind eine besondere Klasse von Neutronensternen, welche sich hunderte Male pro Sekunde drehen und bei jeder Rotation einen Energiestrahl Richtung Erde senden. J0030 im Besonderen rotiert 205 Mal pro Sekunde.
Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herauszufinden, wie Pulsare funktionieren. Im einfachsten Modell hat ein Pulsar ein starkes Magnetfeld, das ähnlich wie das Magnetfeld unserer Erde aufgebaut ist. Das Feld ist aber so stark, dass es Teilchen von der Oberfläche des Pulsars reißt und sie beschleunigt. Einige Teilchen folgen dem Magnetfeld und treffen auf die gegenüberliegende Seite, erwärmen die Oberfläche und erzeugen sogenannte hot spots an den Magnetpolen. Der ganze Pulsar leuchtet schwach im Röntgenspektrum, während die hot spots heller erscheinen. Während sich das Objekt dreht, leuchten diese Bereiche von der Erde aus betrachtet wie die Strahlen eines Leuchtturms und erzeugen extrem regelmäßige Schwankungen der Röntgenhelligkeit des Objekts. NICER misst die Ankunft jedes Röntgenbildes von einem Pulsar auf besser als hundert Nanosekunden – eine Präzision, die etwa 20-mal höher ist als bisher, so dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler diesen Effekt zum ersten Mal nutzen können.
Unter Verwendung von den Beobachtungen der NICER-Mission von Juli 2017 bis Dezember 2018 erstellten zwei Gruppen von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern Modelle für die hot spots von J0030 mit unabhängigen Methoden und gelangten zu ähnlichen Ergebnissen für die Masse und den Durchmesser des Pulsars. Ein Team unter der Leitung der Universität Amsterdam stellte fest, dass der Pulsar eine Masse von etwa dem 1,3-fachen der Sonnenmasse und einen Durchmesser von etwa 25,4 Kilometer aufweist. Ein zweites Team fand heraus, dass J0030 etwa das 1,4-fache der Sonnenmasse wiegt und etwas größer ist, etwa 26 Kilometer.
„Es ist bemerkenswert und auch sehr beruhigend, dass die beiden Teams für J0030 mit unterschiedlichen Modellannahmen so ähnliche Größen, Massen und Hot-Spot-Muster erreicht haben“, sagte Zaven Arzoumanian, wissenschaftlicher Leiter von NICER im NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. „Es sagt uns, dass NICER auf dem richtigen Weg ist, uns bei der Beantwortung einer großen Frage in der Astrophysik zu helfen. Welche Form nimmt die Materie in den ultradichten Kernen von Neutronensternen an?“
Zusammen mit der NICER-Kollaboration untersuchten Svenja Greif, Kai Hebeler und EMMI-Professor Achim Schwenk von der TU Darmstadt die Auswirkungen dieser neuen Messungen auf die Eigenschaften der dichten Materie im Innern von Neutronensternen. „Es ist spannend zu sehen, dass die neuen NICER-Ergebnisse mit unserem Verständnis von starken Wechselwirkungen in Atomkernen übereinstimmen“, sagt Svenja Greif, deren jüngste Doktorarbeit im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Sonderforschungsbereichs 1245 zu Kernstrukturphysik und nuklearer Astrophysik den Grundstein für die Modellierung der dichten Materie legte. Präzisere Messungen der NICER-Mission in Kombination mit verbesserten mikroskopischen Berechnungen versprechen daher in Zukunft ein deutlich besseres Verständnis der dichtesten Materie im Universum. (CP)
Nach einer Führung über den FAIR/GSI-Campus erhielt der Wissenschaftsattaché in Vorträgen und anschließenden Diskussionen einen Überblick über die indische Beteiligung an FAIR und über das FAIR/GSI Talentförderprogramm für indische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler und Studierende, das GET_INvolved-Programm Indien. Zwei weitere Vorträge behandelten die Themen Biomedizin und Biophysik sowie Material- und Nanowissenschaften. Anschließend hatte Madhusudan R. Nandineni die Gelegenheit zum Gespräch mit jungen indischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die derzeit bei GSI und FAIR tätig sind.
Dr. Madhusudan Reddy Nandineni wurde in Genetik promoviert. Nach seiner Doktorarbeit arbeitete er in der Abteilung Molekularbiologie und Biochemie der Yale University School of Medicine. Vor seiner Abordnung an die indische Botschaft in Berlin leitete er das Genomics & Profiling Application Department des Zentrums für DNA Fingerprinting und Diagnose (CDFD) im indischen Hyderabad. (mbe)
]]>Wer den DIN A2-großen Kalender von FAIR und GSI bestellen möchte, wendet sich direkt per E-Mail an gsi-kalender(at)gsi.de (Datenschutzhinweis) und erhält den Kalender per Post zugesandt. Bitte folgende Angaben nicht vergessen: eigener Name, eigene Adresse und die gewünschte Anzahl der Kalender (maximal drei). GSI- und FAIR-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeiter können sich ein Exemplar im Foyer oder am Empfang in der Borsigstraße abholen.
Wir bitten um Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal drei Kalender versendet werden können (solange der Vorrat reicht). (BP)
]]>GSI als Institut der Elemententdeckerinnen und -entdecker hat viel zur Weiterentwicklung des Periodensystems beigetragen: In Experimenten an der GSI-Beschleunigeranlage gelang es in Forschungsgruppen unter Leitung von Professor Peter Armbruster, Professor Gottfried Münzenberg und Professor Sigurd Hofmann, die sechs Elemente 107 bis 112 zu entdecken. Außerdem konnten unter der Gruppenleitung von Dr. Matthias Schädel erste chemische Klassifizierungen einiger dieser Elemente vorgenommen werden. Zudem gelang es bei GSI, die Elemente 113 bis 117 zu erzeugen und somit Erstentdeckungen aus Japan und Russland zu bestätigen.
Ein Höhepunkt bei der Abschlusszeremonie in Tokio stand unter dem Thema „Die Erzeugung von superschweren Elementen“. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die superschwere Elemente erzeugt und entdeckt haben, traten auf die Bühne, um den Abschluss der siebten Reihe des Periodensystems zu feiern. GSI wurde dabei durch Dr. Alexander Yakushev für Element 107 (Bohrium), Professor Christoph Düllmann für Element 108 (Hassium), Professor Michael Block für Element 109 (Meitnerium), Professor Karlheinz Langanke für Element 110 (Darmstadtium), Dr. Dieter Ackermann für Element 111 (Roentgenium) und Dr. Jadambaa Khuyagbaatar für Element 112 (Copernicium) vertreten. Zudem wurden Reden gehalten von prominenten Forschenden aus jenen Labors, die wesentlich zu den Entdeckungen beigetragen haben. Forschungsdirektor Professor Karlheinz Langanke präsentierte dabei GSI und FAIR.
Schon von Anfang an wurde die Internationalität bei GSI, das in diesem Jahr 50-jähriges Bestehen feiert, großgeschrieben: Alle Elemente wurden in länderübergreifender Zusammenarbeit in den Forscherteams entdeckt. Aktuell wird diese Erfolgsgeschichte mit dem Bau des internationalen Beschleunigerzentrums FAIR fortgeschrieben und weiter intensiviert. Mit der FAIR-Anlage können Forscherinnen und Forscher aus aller Welt die Vielfalt des Universums gleichsam ins Labor holen, um so fundamentale Fragen wie die Entstehung der chemischen Elemente im Kosmos oder die Struktur von Neutronensternen zu untersuchen, aber auch Anwendungen beispielsweise in der Materialforschung und Medizin voranzutreiben. (BP)
Internationales Jahr des Periodensystems (auf Englisch)
]]>Im Rahmen des neuen EU-Projekts CREMLINplus (Connecting Russian and European Measures for Large-scale Research Infrastructures - plus) erhält die FAIR GmbH drei Millionen Euro Fördergeld für die Zusammenarbeit des FAIR-Experiments CBM (Compressed Baryonic Matter) mit den Experimenten am zukünftigen NICA-Collider am JINR.
Mit CREMLINplus, das Anfang 2020 startet, werden zusätzlich über einen Zeitraum von vier Jahren weitere elf Institute der CBM-Kollaboration aus sieben Ländern darüber hinaus mit 2,6 Millionen Euro gefördert.
Unterstützt wird die gemeinsame Entwicklung von Silizium-Spurdetektoren, die Konzeption ultra-schneller, selbstgetriggerter Datenaufnahmesysteme, die Entwicklung von Software-Paketen zur Online-Ereignis-Selektion und zur Datenanalyse, sowie der Bau von Targetkammern, von extrem dünnen Strahlrohren und von Kalorimetern zur Ereignis-Charakterisierung.
In einem weiteren Arbeitspaket wird unter der Leitung des GSI-Detektorlabors an der Entwicklung der nächsten Generation ultradünner Silizium Pixelsensoren (MAPS – Monolithic Active Pixel Sensors) gearbeitet. Diese Silizium-Pixel-Detektoren ermöglichen es, die Experimentspuren mit höherer Genauigkeit örtlich zu vermessen. Gerade für spezielle, nur selten bei Kollisionen entstehende Teilchen ist eine sehr gute Ortsauflösung zur Identifizierung erforderlich.
GSI und FAIR können dabei vor allem ihre Kompetenz und langjährige Erfahrung in den Bereichen Detektortechnologien, Frontend-Elektronik, Datenakquisition sowie bei Simulationen und Datenanalyse einbringen.
Neben der Zusammenarbeit von CBM und NICA wird im Rahmen von CREMLINplus auch die Kooperation von europäischen Forschungsinfrastrukturen im Bereich der Neutronenforschung, der Forschung mit Synchrotronstrahlen und mit Lasern, sowie in der Teilchenphysik mit den jeweiligen russischen Megascience-Projekten (PIK, USSR, EXCELS und SCT) unterstützt.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, zeigte sich sehr erfreut über die Förderung: „GSI und FAIR konnten durch ihren Erfolg in wettbewerbsorientierten Förderprozessen erneut ihre Exzellenz unterstreichen. CREMLINplus wird neueste Technologien, die entscheidend für den Forschungserfolg an künftigen Beschleunigeranlagen sind, weiter voranbringen und den Mehrwert von Kooperationen großer Forschungseinrichtungen unter Beweis stellen. Die starke internationale Perspektive des Projekts ist wichtig für Spitzenforschung, die auf lebendigen Kooperationen über Ländergrenzen hinweg basiert.“ (BP)
]]>Mit einem „Giersch Award for an Outstanding Doctoral Thesis“ in Höhe von jeweils 6000 Euro wurden in diesem Jahr sechs junge Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler für ihre fertiggestellten Dissertationen ausgezeichnet, die ihre außergewöhnliche wissenschaftliche Begabung unter Beweis gestellt haben: Julian Kahlbow, Kristian Lars König und Steffen Georg Weber (alle TU Darmstadt) sowie Moritz Greif, Hanna Malygina und Pierre Moreau (alle Goethe-Universität Frankfurt).
Weitere 24 vielversprechende junge Forscherinnen und Forscher, die sich derzeit in der Promotionsphase an den Universitäten in der Region befinden, durften ein „Giersch Excellence Grant“ in Höhe von jeweils 2500 Euro in Empfang nehmen: Esther Bartsch, Patrick Huhn, Daniel Koser, Osnan Maragoto Maragoto Rodriguez, Anton Motornenko, Christian Michael Reisinger, Olga Soloveva, Jan Staudenmaier, Lukas Weih, Michael Wondrak, Frédéric Kornas, Phillip Imgram, Jacob Lee, Sajjad Hussain Mirza, Franziska Papenfuß, Marius Peck, Tabea Pfuhl, Niels Schlusser, Pascal Simon, Martin Jakob Steil, Kshitij Agarwal, Raphael Haas, Daria Kostyleva und Sêro Zähter.
Die Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler wurden durch eine Auswahlkommission aus Fachvertretern der Goethe-Universität Frankfurt und der Technischen Universität Darmstadt unter dem Vorsitz von Professor Henner Büsching ausgewählt.
Die Helmholtz-Graduiertenschule für Hadronen- und Ionenforschung "HGS-HIRe for FAIR" ist ein Gemeinschaftsprojekt des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, der Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg und Mainz sowie des FIAS. Ziel ist die Förderung der strukturierten Doktorandenausbildung speziell für die mit GSI und FAIR verbundene Forschung. Aktuell arbeiten in diesem Rahmen über 300 Doktorandinnen und Doktoranden an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR. (BP)
Homepage von HGS-HIRe for FAIR (auf Englisch)
]]>Die Schülerinnen und Schülern konnten sich bei ihrem Besuch außerdem über Materialforschung und die Forschung am Experimentierspeicherring ESR informieren, das Targetlabor und den Kryo-Teststand für supraleitende Magnete kennenlernen und die aktuellen Fortschritte auf dem FAIR-Baufeld selbst in Augenschein nehmen.
Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an sechs aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schülerinnen und Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Wer an allen sechs Veranstaltungen teilnimmt, erhält das „Saturday Morning Physics“-Diplom. Der Besuch bei FAIR und GSI findet als Exkursion innerhalb der Reihe statt. GSI zählt bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes. (BP)
Verliehen wird der Robert-Wichard-Pohl-Preis „für hervorragende Beiträge zur Physik, die eine besondere Ausstrahlung auf andere Disziplinen in Wissenschaft und Technik haben, sowie für außergewöhnliche Leistungen in der Verbreitung wissenschaftlicher Erkenntnis, in der Lehre, im Unterricht und in der Didaktik der Physik“. In der Entscheidungsbegründung hob die DPG Jürgen Kluges „wegweisende Experimente und Präzisionsmessungen auf dem Gebiet der Atom- und Kernphysik“ hervor. „Dabei hat er sich nicht nur als genialer Forscher erwiesen, sondern auch als motivierender Lehrer. Sein kreatives gesellschaftliches Engagement hat sich auch in der Einrichtung von Symposien für Schülerinnen und Schüler gezeigt.“
Jürgen Kluge studierte Physik an der Universität Bonn und der Universität Heidelberg, wo er 1970 promoviert wurde. Als Post-Doktorand war er am europäischen Kernforschungszentrum CERN tätig, wo er mit optischer Spektroskopie die Eigenschaften kurzlebiger, neutronenarmer Quecksilber-Isotope am on-line Isotopenseparator ISOLDE untersuchte. 1972 wurde er Assistent für Experimentalphysik an der Universität Mainz, an der er sich 1975 habilitierte. Er folgten Rufe als Professor für Physik an die Universitäten Mainz (1978) und Heidelberg (1994).
Seit den 1980er Jahren war Jürgen Kluge eng mit GSI verbunden, von 1989 bis 1992 als stellvertretender Vorsitzender des Programmkomitees, als Experimentator, der den Linearbeschleuniger UNILAC nutzte, ab 1994 als Leiter des Bereichs Atomphysik und von 1999 bis 2005 als Forschungsdirektor von GSI. Am CERN war er von 1983 bis 1984 Sprecher der ISOLDE-Kollaboration und von 1985 bis 1987 Leiter der ISOLDE-Physik-Gruppe sowie von 1984 bis 1987 und von 2000 bis 2004 Mitglied der Programmkomitees PSCC bzw. INTC.
Jürgen Kluge hat mit seinen wissenschaftlichen Arbeiten herausragende Ergebnisse auf dem Gebiet der optischen Spektroskopie und Massenspektroskopie erzielt. Er gilt als Pionier der Entwicklung von höchst-auflösenden Penning-Fallen zur Massenspektrometrie instabiler Kerne an Beschleunigern und entwickelte neue Techniken zum Speichern, Kühlen und Studium von Radionukliden und hochgeladenen Ionen. Zusammen mit seinen Studierenden von der Universität Mainz baute er 1985 das ISOLTRAP-Experiment an ISOLDE auf, das Vorreiter war für ähnliche Anlagen am Argonne National Laboratory, USA, am National Superconducting Laboratory, USA, am TRIUMF, Kanada, in Jyväslylä, Finnland, und auch für TRIGATRAP am Reaktor in Mainz und SHIPTRAP bei GSI, das die Spektroskopie an den schwersten Elementen erlaubt und das er 1998 vorschlug. 1994 initiierte er ein neuartiges Fallenexperiment an der Universität Mainz, mit dem das magnetische Moment des Elektrons eines einzelnen gespeicherten wasserstoffähnlichen 12C-Ions gemessen werden konnte. Dies führte zu einer genaueren Bestimmung der Elektronenmasse und dem Vorschlag, HITRAP hinter dem Speicherring ESR an der GSI aufzubauen. Mit dieser einzigartigen Experimentiereinrichtung für hochpräzise Experimente an hochgeladenen Ionen bis hin zu U91+ sollen Messungen zum Test der Quantenelektrodynamik in extrem starken elektromagnetischen Feldern durchgeführt werden.
Für seine herausragenden Forschungsarbeiten erhielt der experimentelle Atom- und Kernphysiker bereits zahlreiche Auszeichnungen, und zwar 1990 den Helmholtz-Preis für seine Arbeiten zur Spurenanalytik mit Lasern, 2005 wurde er Fellow der American Physical Society, 2006 wurde er mit dem Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, 2008 mit der IUPAP Senior Scientist Medal in Fundamental Metrology und 2013 mit dem G.N. Flerov-Preis ausgezeichnet. (BP)
]]>Grußworte zum 21. Christoph-Schmelzer-Preis sprachen Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Gerhard Kraft, der Begründer und ehemalige Bereichsleiter der GSI-Biophysik. Auch Dr. Hartmut Eickhoff, Vorstandsvorsitzender des Fördervereins, begrüßte die Teilnehmenden. Den Festvortrag hielt Prof. Dr. Dr. Jürgen Debus vom Universitätsklinikum Heidelberg und Direktor der dortigen Radiologischen Klinik. Er berichtete über Langzeiterfahrungen zur Strahlentherapie mit Schwerionen und von aktuellen Studienergebnissen.
In ihrer Dissertation an der TU Dresden hat Dr. Sonja Schellhammer die Bildgebung mittels Magnetresonanztomographie (MRT) während der Behandlung mit Protonenstrahlenuntersucht. Langfristiges Ziel dieser Kombination ist die präzisere Lokalisation des Tumorvolumens. Am Institut für Radioonkologie (OncoRay) des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf wurde im Jahre 2017 die weltweit erste Anlage errichtet, bei der ein Magnetresonanztomograph in eine Protonenstrahlführung integriert ist. Schellhammers Arbeit mit dem Titel „Technical Feasibilityof MR-Integrated Proton Therapy: Beam Deflection and Image Quality“ analysiert sowohl die Auswirkung der MRT-Magnetfelder auf den Protonenstrahl als auch die Auswirkung der Protonenstrahlführung auf die Qualität des entstehenden MRT-Bildes.
Dr. Sebastian Meyer untersuchte im Rahmen seiner Promotion, ob Ionenstrahl-Computer-Tomographie anstatt Röntgen-Computertomographie Potential für klinischen Einsatz hat und welche verschiedenen Detektorsysteme und Ionenspezies sich eignen würden. Dazu simulierte er CT-Bilder, die mithilfe von Protonen, Helium- und Kohlenstoff-Ionenstrahlen gewonnen werden können. Außerdem evaluierte er in seiner Doktorarbeit mit dem Titel “On the Clinical Potential of Ion Computed Tomography with Different Detector Systems and Ion Species“ die Integration dieser Bilder in die Tumorbehandlungsplanung und die daraus resultierende Verbesserung der Bestrahlungsgenauigkeit.
Das Preisgeld beträgt jeweils 1500 Euro. Diese nunmehr 21. Preisverleihung bedeutet eine langjährige Kontinuität in der Förderung von Nachwuchs auf dem Gebiet der Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Die Themen der wissenschaftlichen Arbeiten sind von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Ionenstrahltherapie, da die Ergebnisse der prämierten Arbeiten oftmals Einzug in die klinische Anwendung finden. Benannt ist die Auszeichnung nach Professor Christoph Schmelzer, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, wo die Schwerionentherapie in Deutschland in den 1990er Jahren bis zur klinischen Reife entwickelt wurde, bietet traditionell den passenden Rahmen für die jährliche Festveranstaltung.
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 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen zum Teil bei über 90 Prozent und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Der Erfolg des Pilotprojektes führte zum Aufbau klinischer Ionenstrahltherapiezentren in Heidelberg und Marburg, an denen nun Patienten routinemäßig mit schweren Ionen behandelt werden. (LW)
Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.
]]>Der Besuch der Politikerinnen war Bestandteil einer Informationstour zu mehreren Rechenzentren in Hessen. Die Landtagsabgeordnete Martina Feldmayer ist stellvertretende Fraktionsvorsitzende der Grünen-Fraktion im Hessischen Landtag, Fraktionssprecherin für Umwelt- und Klimapolitik und Mitglied im Landtagsausschuss für Umwelt, Klimaschutz, Landwirtschaft und Verbraucherschutz sowie im Hauptausschuss. Die Landtagsabgeordnete Kaya Kinkel ist Fraktionssprecherin für Energie- und Wirtschaftspolitik sowie stellvertretende Vorsitzende im Landtagsausschuss für Digitales und Datenschutz und Mitglied im Ausschuss für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Wohnen. Ursula auf der Heide ist Stadtverordnete in Frankfurt und dort stellvertretende Fraktionsvorsitzende der Grünen-Fraktion, außerdem Mitglied in den städtischen Ausschüssen für Umwelt und Sport sowie Wirtschaft und Frauen.
Der „Green IT Cube“ auf dem GSI/FAIR-Campus gehört zu den leistungsfähigsten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt. Zugleich setzt er Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen: Dank eines speziellen Kühlsystems ist er besonders energie- und kosteneffizient. Anstatt mit Luft werden die Rechner mit Wasser gekühlt. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung. Bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung beträgt diese Relation 30 bis 100 Prozent. Das innovative Kühlsystem ermöglicht außerdem eine kompakte und damit platzsparende Bauweise. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nutzen den „Green IT Cube“ bei GSI und FAIR, um Simulationen durchzuführen und Detektoren für FAIR zu entwickeln. Außerdem werten sie Messdaten von Experimenten an den Beschleunigeranlagen von GSI und FAIR aus.
Nach der Besichtigung des „Green IT Cube“ hatten die Gäste noch Gelegenheit, sich über den aktuellen Stand des FAIR-Bauprojekt zu informieren und die laufenden Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Baufeld zu besichtigen, von den fertiggestellten Abschnitten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 bis zur Baugrube für den ersten der künftigen Groß-Experimentierplätze. (BP)
]]>Einen völlig neuen Ansatz bei der Suche nach Dunkler Materie haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der BASE-Kollaboration am europäischen Forschungszentrum CERN zusammen mit einer Arbeitsgruppe am Exzellenzcluster PRISMA+ der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) verfolgt: Erstmals haben sie den Einfluss von Dunkler Materie auf Antimaterie statt auf gewöhnliche Materie untersucht. Die Ergebnisse ihrer Arbeit sind in der jüngsten Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht.
Beteiligt sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, des japanischen Forschungszentrums RIKEN, des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg (MPIK) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) Braunschweig, die wiederum im Max Planck-RIKEN-PTB Center for Time, Constants and Fundamental Symmetries zusammenarbeiten, sowie des CERN, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), der Universität Tokyo und der Leibniz-Universität Hannover.
„Bisher haben Wissenschaftler in Präzisionsexperimenten bei niedrigen Energien stets materie-basierte Proben benutzt, um an ihnen eine Kopplung von Dunkler Materie nachzuweisen“, erläutert der Erstautor der aktuellen Studie, Dr. Christian Smorra, der zurzeit am japanischen Forschungsinstitut RIKEN tätig ist und in den nächsten Jahren im Rahmen eines ERC Starting Grants am Institut für Physik der JGU eine Arbeitsgruppe aufbauen wird. „Wir suchen zum ersten Mal explizit nach einer Wechselwirkung zwischen Dunkler Materie und Antimaterie. Die meisten Studien gehen von einer symmetrischen Wechselwirkung der Dunklen Materie mit Teilchen und Antiteilchen aus. Wir überprüfen in unserer Studie, ob das wirklich der Fall ist.“
Dieser Ansatz hat doppelten Charme: Über die mikroskopischen Eigenschaften der Dunklen Materie ist bisher nur sehr wenig bekannt – einer der viel diskutierten Kandidaten sind sogenannte ALPs (Axion Like Particles). Darüber hinaus liefert das Standardmodell der Teilchenphysik keine Erklärung, warum es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie gibt. „Wir hoffen, durch unsere Experimente einen Hinweis zu finden, der die beiden Fragestellungen verbinden könnte“, so Dr. Yevgeny Stadnik, der im Rahmen eines Humboldt Fellowships am HIM an der Studie mitgewirkt hat. „Denn sowohl theoretisch als auch experimentell ist eine asymmetrische Wechselwirkung dieser Art zuvor noch nicht untersucht worden. In unserer aktuellen Forschungsarbeit gehen wir einen ersten Schritt in diese Richtung.“
Das Untersuchungsobjekt der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist ein einzelnes Antiproton, gefangen in einer speziellen Teilchenfalle, einer sogenannten Penningfalle. Diese Teilchen erzeugten die Wissenschaftler am Antiproton Decelerator (AD) am CERN, der weltweit einzigen Forschungsanlage, in der Antiprotonen bei niedriger Energie zur Verfügung gestellt werden. Anschließend speicherten und untersuchten die Wissenschaftler die dort erzeugten Antiprotonen im Fallensystem der BASE Kollaboration.
Das Antiproton besitzt nicht nur eine Ladung, sondern auch einen Eigendrehimpuls – im Fachjargon Spin. In einem Magnetfeld präzediert dieser Spin mit einer ganz bestimmten, konstanten Frequenz – der Spinpräzessionsfrequenz. „Die Anwesenheit von Dunkler Materie könnten wir dadurch detektieren, dass sich diese Frequenz verändert“, so Christian Smorra. „Dabei betrachten wir die potentiellen Teilchen der Dunklen Materie als klassisches Feld mit einer bestimmten Wellenlänge. Die Dunkle Materie Wellen laufen kontinuierlich durch unser Experiment und verändern dort periodisch die eigentlich konstante Präzessionsfrequenz des Antiproton-Spins im Magnetfeld.“
Mit ihrem experimentellen Aufbau haben die Forscher einen bestimmten Frequenzbereich abgesucht – und bisher keine Hinweise auf Dunkle Materie gefunden. „Mit unserem aktuellen Messaufbau haben wir zwar keine signifikante und periodische Änderung der Spinpräzessionsfrequenz des Antiprotons gefunden“, erläutert Stefan Ulmer, Sprecher der BASE Kollaboration am CERN. „Gleichwohl haben wir die Empfindlichkeit im Vergleich zu astrophysikalischen Beobachtungen um bis zu fünf Größenordnungen übertroffen. Das bedeutet, wir haben basierend auf der jetzigen Empfindlichkeit unseres Experiments eine neue obere Grenze für die Stärke einer potentiellen Wechselwirkung zwischen Dunkler Materie und Antimaterie definiert.“
Im Grunde genommen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ihrem aktuellen Projekt zwei Forschungsgruppen zusammengeführt. Die BASE Kollaboration am CERN beschäftigt sich schon sehr lange und erfolgreich mit den fundamentalen Eigenschaften des Antiprotons, während die Gruppe um Prof. Dr. Dmitry Budker, Wissenschaftler am Exzellenzcluster PRISMA+ der JGU und am HIM, sehr aktiv bei der Suche nach Dunkler Materie ist und entscheidend zur Interpretation der Studie beigetragen hat. „Wir haben festgestellt, dass unsere Forschung sehr viele Schnittmengen aufweist und daraus die Idee für diesen neuen Ansatz bei der Suche nach Dunkler Materie geboren“, so Dmitry Budker.
Künftig wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Genauigkeit bei der Messung der Spinpräzessionsfrequenz des Antiprotons weiter verbessern – dies wäre dann auch die Voraussetzung dafür, die Antimaterie-basierte Suche nach Dunkler Materie noch empfindlicher zu machen. Hierzu werden in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jochen Walz am Institut für Physik der JGU, in Zusammenarbeit mit MPIK und RIKEN, neue Kühlmethoden für Protonen und Antiprotonen entwickelt, während eine Gruppe von Wissenschaftlern an der PTB Braunschweig, der Leibniz Universität Hannover und RIKEN derzeit Methoden zur Quantenlogik-Spektroskopie des Antiproton-Spins entwickelt. Es wäre darüber hinaus interessant, ähnliche Studien mit anderen Antiteilchen durchzuführen, zum Beispiel mit Positronen oder Antimyonen. (JGU/BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in Nature (Englisch)
Dr. Silke Grieser hat den Preis für ihre Dissertation zum Thema „Cluster-Jet Targets for the PANDA-, MAGIX-, and CryoFlash-Experiments at Hadron-, Lepton-, and Laser-Facilities“ erhalten. Betreuer der Promotion war Professor Alfons Khoukaz von der Westfälischen Wilhelms-Universität in Münster. Überreicht wurde die Auszeichnung nun vom Sprecher der PANDA-Kollaboration, Klaus Peters vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.
Der PhD-Preis wird seit 2013 einmal jährlich von der PANDA-Kollaboration für die beste Dissertation verliehen, die im Rahmen des PANDA-Experiments erstellt wurde. PANDA ist eines der Schlüsselexperimente am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, im Mittelpunkt stehen die Forschung mit Antimaterie sowie verschiedenen Themen rund um die schwache und die starke Kraft, exotische Zustände von Materie und die Struktur von Hadronen. In der Kollaboration arbeiten mehr als 500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 20 Ländern zusammen. In ihrer Dissertation untersuchte Dr. Silke Grieser verschiedene Aspekten von Cluster Jets, um eine große Anzahl exotischer Teilchen im Panda-Detektor zu produzieren, der an der FAIR-Beschleunigeranlage aufgebaut wird.
Kandidatinnen und Kandidaten 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 Kandidaten kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem PhD-Preis möchte die PANDA-Kollaboration die Beiträge von Studierenden zum PANDA-Projekt besonders würdigen. (BP)
]]>„GSI blickt auf eine beeindruckende Historie mit zahlreichen wissenschaftlichen Entdeckungen zurück und gleichzeitig durch den Bau des internationalen FAIR-Beschleunigers in eine ereignisreiche Zukunft, die uns viele weitere Höhepunkte erwarten lässt“, sagte Professor Langanke. „Die Ausstellung zeigt anhand der Fotos, wie ansprechend und ästhetisch die Forschung auch optisch sein kann. Die Erinnerungen geben einen Einblick in die von Wertschätzung und Kooperation geprägte Arbeit hier auf dem Campus und natürlich auch im internationalen Umfeld. Diese Werte wollen wir auch in Zukunft hochhalten.“
Die Ausstellung zeigt die zehn sowohl von der Belegschaft als auch von Externen gewählten Lieblingsbilder als großformatige Fotoabzüge. Annähernd 500 Personen hatten die Gelegenheit genutzt, aus insgesamt 50 historischen und aktuellen Fotos der Beschleuniger- und Experimentieranlagen ihre Favoriten auszuwählen. Die präsentierten Fotos sind die zehn Bilder mit den meisten Stimmen. Neben Bildern von Detektoren und Beschleunigerkomponenten zählen zu den meistgewählten Fotos auch ausgefallenere Motive, etwa eine herbstliche Impression des Campus oder der Besuch eines Star-Wars-Kostümclubs.
Weiterhin wird eine Auswahl von zwölf bebilderten GSI-Erinnerungen auf Postern präsentiert. Die Beiträge haben ehemalige und gegenwärtige Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie wissenschaftliche Gäste der vergangenen Jahre eingereicht. Auf teils ernste und teils humorvolle Art portraitieren sie Ereignisse, Begegnungen, Erfolge und das übergreifende Zusammenwirken in den vielfältigen Arbeitsgebieten auf dem Campus und stehen so stellvertretend für eine gelebte Kultur des wissenschaftlichen Austauschs und der gemeinsamen Einsatzbereitschaft.
Die Ausstellung findet im Foyer des Konferenz- und Bürogebäudes West (KBW) auf dem GSI/FAIR-Campus, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt und ist vom 15. November bis 20. Dezember 2019 jeweils von Montag bis Freitag im Zeitraum 10 – 16 Uhr für einen Besuch geöffnet. Externe Gäste werden gebeten, für den Einlass auf den Campus ein Ausweisdokument mitzubringen. (CP)
Die Doktorarbeit von Kristian König zum Thema „Laser-Based High-Voltage Metrology with ppm Accuracy“ wurde an der Technischen Universität Darmstadt in der Arbeitsgruppe von Professor Wilfried Nörtershäuser angefertigt. Die präzise Messung hoher Spannungen von einigen 10.000 Volt ist in vielen Bereichen der Technik notwendig. Präzisionsexperimente in der Physik erfordern teilweise Genauigkeiten bis auf ein Millionstel der gemessenen Spannung (1 ppm = 1 part per million). Kristian König ist es gelungen, solche Spannungen mit Hilfe eines Lasers zu messen. Dazu werden Ionen (positiv geladene Atome) mit der zu messenden Spannung beschleunigt und dann der Einfluss der Geschwindigkeit auf die "Farbe" (die Frequenz) des von den Ionen ausgesandten Lichtes gemessen. Dabei macht man sich den Dopplereffekt zunutze, den man aus dem täglichen Leben kennt: Kommt ein Krankenwagen mit Martinshorn mit hoher Geschwindigkeit auf den Beobachter zu, hört er einen deutlich höheren Ton, als wenn der Wagen stehen würde. Entfernt sich der Krankenwagen, wird der Ton hingegen tiefer. Wird die Tonhöhe (die Frequenz) gemessen und ist die des ruhenden Martinshorns bekannt, kann man auf die Geschwindigkeit des Krankenwagens schließen. Genau das gleiche geschieht auch mit dem Licht, das Atome oder Ionen im Flug aussenden. Dieser optische Dopplereffekt kann mit Lasern extrem präzise bestimmt werden, dabei muss man jedoch die Eigenschaften des Ionenstrahls und des Laserstrahls sehr gut unter Kontrolle haben. Kristian König hat eine Apparatur aufgebaut, mit der er in der Lage ist, mit diesem Verfahren Spannungen auf 5 ppm genau zu messen. Dies ist 20-mal genauer, als es je zuvor mit dieser Technik gelungen war. Solche genauen Messungen werden beispielsweise benötigt, um die Geschwindigkeit der Ionen in den Speicherringen bei GSI und zukünftig bei FAIR zu bestimmen, was für Präzisionsexperimente von entscheidender Bedeutung ist.
Pfeiffer Vacuum und GSI verbindet eine langjährige Partnerschaft. Vakuumlösungen von Pfeiffer Vacuum werden in den Anlagen bei GSI seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt.
Der FAIR-GSI-Doktorandenpreis wird jährlich für die beste Doktorarbeit 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 Doktorandinnen und Doktoranden an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR. (CP)
]]>Die erfolgreiche Kooperation zwischen GSI/FAIR und dem IKP in Wissenschaft, Beschleunigertechnologie und im FAIR-Projekt besteht seit langem und war eine solide Basis für die Inhalte des Workshops. Der Schwerpunkt lag auf dem Thema „Beschleuniger“, von der Planung über die Realisierung bis zum Betrieb sowie zugehöriger Technologie und Schnittstellen. Die 30 unterschiedlichen, im Verlauf der Veranstaltung festgehaltenen Kooperationsprojekte umfassen dabei eine große Bandbreite und werden nun konkret mit Meilensteinen, Terminen und Ressourcen beschrieben. Thematisch reichen sie von den bereits bestehenden FAIR-Subprojekten für den Hochenergie-Speicherring HESR und die Forschungssäule PANDA über andere Subprojekte, wie den Collector Ring (Beam Cooling) oder Commons (Vakuum, Strahldiagnose und Netzgeräte) bis hin zu künftig gewünschten Kooperationen in den Bereichen Installation, Inbetriebnahme und Betrieb der Beschleunigeranlagen.
Insgesamt waren 50 Personen an dem zweitätigen Workshop beteiligt, etwa die Hälfte davon kam aus Jülich, vom Institutsbereich „Kernphysikalische Großgeräte“. Zu ihnen gehörte auch dessen kommissarischer Leiter Dr. Ralf Gebel. Begrüßt wurden die Gäste vom Technischen Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock. Neben der gemeinsamen Workshop-Arbeit stand auch ein Besuch auf der FAIR Baustelle an, unter anderem bei den fertiggestellten Abschnitten des zentralen Ringbeschleunigers SIS100. Außerdem bot die Veranstaltung den Teilnehmenden die Möglichkeit, sich intensiv auszutauschen und förderte das gegenseitige Verständnis.
Nun folgt eine weitere Veranstaltung. Diesmal stehen die Kooperationsthemen im Bereich Forschung und Experimente im Mittelpunkt des Workshops. (BP)
]]>Der neue Photopoint steht für Spitzenforschung, die weltweit führend und zugleich mit der Region verwurzelt ist, und schärft das Profil der Wissenschaftsstadt Darmstadt als weiterer Mosaikstein. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino und der Darmstädter Oberbürgermeister Jochen Partsch nahmen gemeinsam die Eröffnung vor. Der Leiter des Entdeckerteams des Elements Darmstadtium, Professor Sigurd Hofmann, gab einen Rückblick auf die Geschichte rund um die erstmalige Erzeugung von Element 110. Das Jubiläum der Darmstadtium-Ersterzeugung fällt zudem in das von den Vereinten Nationen ausgerufene Internationale Jahr des Periodensystems: 2019 jährt sich die Entdeckung des Periodensystems zum 150. Mal.
Auf dem Photopoint sind die entscheidenden Etappenschritte des chemischen Elements Darmstadtium verzeichnet: Entdeckung am 9. November 1994, offizielle Anerkennung durch die IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) am 15. August 2003, Taufe am 2. Dezember 2003. Außerdem ist die Zerfallskette des Elements abgebildet, durch deren Messung das Element erst identifiziert werden kann. Für die Erzeugung von Darmstadtium werden Nickel-Atomkerne im Teilchenbeschleuniger mit einer Geschwindigkeit von rund 30.000 Kilometer pro Sekunde auf eine hauchdünne Folie aus Blei geschossen. Wenn die beiden Atomkerne miteinander verschmelzen, entsteht das Element Darmstadtium. Außerdem gelang es am GSI Helmholtzzentrum, fünf weitere chemische Elemente zu entdecken, die Elemente Bohrium, Hassium, Meitnerium, Roentgenium und Copernicium. Das Element Hassium ist nach dem Bundesland Hessen benannt und ist dank GSI das einzige deutsche Bundesland, das im Periodensystem verewigt ist.
Neben all den Rückblicken weist der Hashtag #UniverseInTheLab auf dem Photopoint in die Zukunft: Mit dem derzeit bei GSI entstehenden internationalen Beschleunigerzentrum FAIR können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Vielfalt des Universums gleichsam ins Labor holen, um fundamentale Fragen wie die Entstehung der chemischen Elemente und die Entwicklung des Universums zu untersuchen.
Der Photopoint ist 2,5 Meter hoch, 1,2 Meter breit und steht auf einem kleinen Podest. Zum Arrangement gehört noch ein 40 Zentimeter großer Leuchtwürfel, der das in der physikalischen Realität winzig kleine, nur den Bruchteil einer Sekunde existierende Element Darmstadtium symbolisiert. Die Gäste im Kongresszentrum können sich in dieser Fotokulisse selbst in Szene setzen und sich mit viel Phantasie fotografisch darin verewigen – ein spannendes Stück Wissenschaft zum Anfassen. Die entstandenen Fotos können unter dem Hashtag #UniverseInTheLab veröffentlicht werden. (BP)
Über GSI und FAIR:
Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt betreibt eine weltweit führende Teilchenbeschleunigeranlage für die Forschung. Forscherinnen und Forscher aus aller Welt nutzen die Anlage für Experimente, um neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums zu gewinnen. Darüber hinaus entwickeln sie neuartige Anwendungen in Medizin und Technik. Derzeit wird in internationaler Zusammenarbeit die neue Anlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) gebaut. Es ist eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können an FAIR Spitzenforschung betreiben.
Über das Wissenschafts- und Kongresszentrum „darmstadtium“:
Das Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt bietet ideale Voraussetzungen für internationale Kongresse, Tagungen, Produktpräsentationen, Hauptversammlungen oder Messen. Ressourcenschonende Nachhaltigkeit und eine in Deutschland einmalige und mehrfach prämierte IT-Infrastruktur für beste Konnektivität zeichnen Deutschlands schnellstes Kongresszentrum mit einer Anbindung von 20Gbit/s (redundant) aus. Das "darmstadtium" ist direkt im Stadtzentrum gelegen und mit dem Airliner alle 30 Minuten an den internationalen Flughafen Frankfurt angebunden.
]]>In einer Reihe von Vorträgen erfuhren die Teilnehmerinnen und Teilnehmer mehr über die Wissenschaft bei GSI während der FAIR-Phase 0, über den Fortschritt beim Bau der FAIR-Beschleuniger und -Detektoren sowie über die zukünftigen Forschungsmöglichkeiten an FAIR. Auch die FAIR-relevante Forschung an den Partneruniversitäten in Darmstadt und Frankfurt wurde vorgestellt. Den Baufortschritt konnten die Board-Mitglieder auf der FAIR-Aussichtsplattform bei einem Blick auf die Baustelle selbst in Augenschein nehmen.
Die European Physical Society ist ein Zusammenschluss von 42 europäischen physikalischen Gesellschaften. Die 1968 gegründete wissenschaftliche Gesellschaft repräsentiert damit über 100.000 Physikerinnen und Physiker in Europa. Ihr Sitz ist Mülhausen in Frankreich. Die Deutsche Physikalische Gesellschaft ist mit über 62.000 Mitgliedern größtes Mitglied der EPS. Zweck ist die Organisation von Konferenzen und die Förderung des wissenschaftlichen Austausches. (CP)
]]>Zum ersten Mal haben Astronomen ein chemisches Element identifiziert, das durch das Verschmelzen zweier Neutronensterne gebildet wurde. Der verantwortliche Mechanismus, der als r-Prozess bezeichnet wird – auch bekannt als schneller Neutroneneinfang – gilt als der Ursprung großer Mengen von Elementen, die schwerer sind als Eisen. Diese Entdeckung wirft neues Licht auf das Rätsel über diejenigen Objekte, in denen dieser r-Prozess stattfindet. Das Team von Astronomen, an dem auch Forschende von FAIR und GSI beteiligt waren, konnte nun eindeutig zeigen, dass die Vereinigung zweier Neutronensterne die Voraussetzungen für diesen Prozess schafft und als Reaktor dient, in dem neue Elemente erbrütet werden.
Die Herkunft von schweren Elementen wie Gold, Blei und Uran ist bis heute nicht völlig geklärt. Die leichtesten Elemente – Wasserstoff und Helium – wurden in nennenswerten Mengen bereits mit dem Urknall erzeugt. Die Kernfusion in den Zentren der Sterne ist zudem als Quelle für Atome vom Helium bis hin zum Eisen gut etabliert.
Für die Erzeugung von schwereren Atomen vermuten Wissenschaftler einen Prozess, der freie Neutronen an bereits bestehende Bausteine anlagert. Die schnelle Variante dieses Mechanismus ist der r-Prozess (r steht für rapid, d.h. schnell) oder schneller Neutroneneinfang. Welche Objekte solche Reaktionen ermöglichen, wird derzeit erforscht. Als potentielle Kandidaten gelten bislang seltene Formen von Supernovaexplosionen und die Verschmelzung von dichten Endstadien von Sternen wie Neutronen-Doppelsterne.
Eine internationale Gruppe von Astronomen mit wesentlicher Beteiligung von Camilla Juul Hansen vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg hat nun durch die Auswertung von Spektren die Signatur des Elements Strontium entdeckt, das während einer explosionsartigen Verschmelzung von zwei Neutronensternen durch den r-Prozess gebildet wurde. An der Veröffentlichung im Fachmagazin Nature waren auch Professorin Almudena Arcones und Privatdozent Andreas Bauswein beteiligt, die neben ihren Tätigkeiten in der Forschungsabteilung für theoretische Physik bei FAIR und GSI auch an der Technischen Universität Darmstadt sowie an der Universität Heidelberg, beides Partneruniversitäten von FAIR und GSI, tätig sind. Sie lieferten wertvolle Abschätzungen für die Veröffentlichung. Der Ablauf und die Eigenschaften des r-Prozesses gehören zu den wichtigen Forschungsfragen, die an der zukünftigen FAIR-Beschleunigeranlage untersucht werden sollen, die aktuell in Darmstadt errichtet wird.
Die explosive Vereinigung der Neutronensterne erzeugte eine Blase, die sich mit rasenden 20% bis 30% der Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Der Anteil des neu gebildeten Strontiums an der expandierenden Hülle beträgt etwa fünf Erdmassen (1 Erdmasse = 6·1024 kg). Somit liefern die Forscher zum ersten Mal den eindeutigen Nachweis, dass solch eine Kollision die Bedingungen für den r-Prozess bietet, in denen schwere Elemente erzeugt werden können. Nebenbei ist dies die erste empirische Bestätigung, dass Neutronensterne aus Neutronen bestehen.
Der r-Prozess ist wahrhaftig rasant. Pro Sekunde strömen mehr als 10²² Neutronen durch eine Fläche von einem Quadratzentimeter. Durch den Beta-Zerfall verwandeln sich einige der angehäuften Neutronen in Protonen, wobei jeweils ein Elektron und ein Antineutrino abgegeben werden. Das Besondere an dieser Reaktion ist, dass sich die Neutronen schneller zu großen Objekten zusammenfügen, als dass die neu entstandenen Konglomerate wieder zerfallen. So können selbst aus einzelnen Neutronen innerhalb weniger als eine Sekunde schwere Elemente entstehen.
Die Daten wurden im Nachgang der spektakulären Entdeckung des Gravitationswellensignals GW170817 vom August 2017 mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) erstellt. Neben einem Gammastrahlungsausbruch wurde an selber Stelle die Kilonova AT2017gfo beobachtet, ein Nachleuchten im sichtbaren Licht aufgrund der radioaktiven Prozesse, das nach einem zunächst starken Helligkeitsanstieg innerhalb weniger Tage verblasste. Die erste Analyse der Spektren im Jahr 2017 durch eine andere Forschungsgruppe konnte zunächst kein klares Ergebnis über die Zusammensetzung der Reaktionsprodukte liefern.
Die aktuelle Auswertung von Dr. Hansen und ihren Kollegen basiert auf der Erstellung von synthetischen und der Modellierung der beobachteten Spektren, die über vier Tage hinweg in einem Abstand von je einem Tag aufgenommen wurden. Die Spektren deuten auf ein Objekt mit einer anfänglichen Temperatur von ca. 3700 K (ca. 3400 °C) hin, welches sich in den folgenden Tagen abschwächte und abkühlte. Auffällig sind die Helligkeitsdefizite bei Wellenlängen von 350 und 850 nm. Diese sind gleichsam die Fingerabdrücke des Elements, das an diesen Stellen Licht absorbiert.
Unter Berücksichtigung der Blauverschiebung dieser Absorptionsbanden, die durch die Expansion der Hülle wegen des Doppler-Effekts hervorgerufen wird, hat die Forschungsgruppe synthetische Spektren von einer großen Anzahl von Atomen mittels dreier Methoden mit zunehmender Komplexität berechnet. Da all diese Methoden konsistente Ergebnisse liefern, gilt die Schlussfolgerung als robust. Es stellte sich heraus, dass einzig Strontium, erzeugt durch den r-Prozess, in der Lage ist, die Positionen und die Stärke der Absorptionen in den Spektren zu erklären.
„Die Ergebnisse dieser Arbeit sind ein wichtiger Schritt bei der Entschlüsselung der Nukleosynthese von schweren Elementen und ihren kosmischen Brutstätten“, schlussfolgert Hansen. „Dies war nur durch die Verknüpfung der erst jungen Disziplin der Gravitationswellenastronomie mit präziser Spektroskopie elektromagnetischer Strahlung möglich. Diese neuen Messmethoden geben Hoffnung auf weitere bahnbrechende Erkenntnisse über die Eigenschaften des r-Prozesses.“ (CP)
Dem 34. CBM-Kollaborationsmeeting vorausgegangen waren weitere Treffen Ende September: Dazu gehörten die „CBM Software School”, der „Students Day“ und ein Symposium zum Thema „FAIR and CBM – Prospects and Challenges" an der University of Gauhati in Guwahati. Indische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind im CBM-Experiment insgesamt stark engagiert und spielen eine zentrale Rolle: Indien leistet mit den GEM- und RPC-Tracking-Kammern für das Myonen-Detektorsystem einen wichtigen Sachbeitrag (Inkind) zu CBM. Insgesamt 13 indische Institutionen beteiligen sich am Design des Myonensystems, führen Machbarkeitsstudien durch und bauen zwölf großflächige Detektorstationen.
Eine entscheidende Etappe auf dem Weg zur Realisierung des CBM-Experiments ist die erfolgreiche Inbetriebnahme des mini-CBM Experiments bei GSI/SIS18, die beim Kollaborationsmeeting ausführlich diskutiert wurde. An der Sitzung des CBM-Collaboration-Boards nahm auch der Direktor des Bose-Instituts, Professor Uday Bandyopadhyay, teil. Er unterstrich dabei sein starkes Interesse an der Kollaboration mit FAIR.
Ein weiterer wichtiger Programmpunkt war die Ernennung von Piotr Gasik als neuer Technischer Koordinator von CBM. Piotr Gasik hat bereits das Upgrade der Zeitprojektionskammer (Time-Projection-Chamber, TPC) am Experiment ALICE des europäischen Kernforschungszentrums CERN mit Auslesekammern auf GEM-Basis (Gas Electron Multiplier) koordiniert. Zurzeit ist er für deren Integration in das Experiment am CERN zuständig. Piotr Gasik ist Nachfolger von Walter Müller, der das CBM-Experiment als Technischer Koordinator von Beginn an und somit über einen Zeitraum von mehr als 15 Jahren begleitet hat. Am letzten Abend des Meetings stand ein gemeinsames Treffen der Teilnehmerinnen und Teilnehmer aus Deutschland und der indischen Gastgeber mit dem deutschen Generalkonsul in Kolkata, Dr. Michael Feiner, auf dem Programm. (BP)
]]>Vor genau 150 Jahren veröffentlichte der russische Chemiker Dmitri Mendelejew eine Ordnung für die chemischen Elemente, die bis heute beibehalten wurde: das Periodensystem der Elemente. Anlässlich des Jubiläums beleuchten GSI und FAIR, als Labor der Elemententdecker, die Entdeckungsgeschichte der Elemente.
Laut IUPAC (Internationale Union für reine und angewandte Chemie) ist das Periodensystem eine der herausragendsten Errungenschaften der Wissenschaft, die die Essenz der Chemie, der Physik und der Biologie enthält. Es ist ein einzigartiges Tool, das Wissenschaftler in die Lage versetzte, die Erscheinungsformen und Eigenschaften der Materie auf der Erde und im ganzen Universum vorherzusagen.
In Experimenten an der GSI-Beschleunigeranlage in Darmstadt gelang es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern sechs neue Elemente zu entdecken, darunter die Elemente Darmstadtium und Hassium, zu Ehren der Stadt und des Bundeslandes des Forschungslabors.
Die Entdeckungsgeschichte der Elemente (YouTube)
Das weltweit einzigartige Bauvorhaben für die Wissenschaft konnte der Fachbranche dabei mit vielen spannenden Neuigkeiten präsentiert werden und stieß auf großes Interesse bei den Messebesuchern. Potenzielle Auftragnehmer und Bietergemeinschaften für die anstehenden Arbeiten auf der FAIR-Baustelle nutzten rege die Gelegenheiten, sich im direkten Gespräch umfassend über das FAIR-Bauvorhaben und eine mögliche Beteiligung zu informieren.
Bei der Realisierung von FAIR bezieht sich aktuell ein großer Teil des Auftragsvolumens auf das komplexe Thema technische Gebäudeausrüstung (TGA). Dabei stehen zahlreiche Ausschreibungen und Vergaben von Aufträgen an, beispielsweise für Lüftung, Sanitär, Sicherheits- und Elektrotechnik. Zudem rückt im Bereich der Bauvergaben neben dem schon in der Realisierung befindlichen Baubereich Nord mit dem zentralen FAIR-Ringbeschleuniger nun der zweite große Baubereich in den Fokus: Derzeit geht es um die Vergaben für den erweiterten Rohbau Süd.
Intensive Dialoge am Messestand, eine ganze Reihe von sehr fokussierten Einzelgesprächen und der Hinzugewinn zahlreicher neuer Fachkontakte trugen dazu bei, dass die Messebeteiligung 2019 als Erfolg verbucht werden kann. Die Messetage boten durch die Präsenz vieler relevanter Akteure des Bausektors zudem eine hervorragende Gelegenheit, um das FAIR-Projekt in der Baubranche noch stärker zu profilieren. In den Fachgesprächen bestätigte sich erneut, dass ein solches maßgeschneidertes Megaprojekt wie FAIR durch seine Alleinstellungsmerkmale sehr reizvoll für das Portfolio von Baudienstleistern sein kann.
Die bewährte Partnerschaft mit der Wissenschaftsstadt Darmstadt wurde auch in diesem Jahr fortgesetzt. Das FAIR-Projekt war mit seinem eigenen Messeauftritt eingebunden in den Darmstadt-Stand als Teil der Metropolregion Frankfurt-Rhein-Main. Mit rund 45.000 Besuchern und Ausstellern aus mehr als 40 Ländern zählt die Fachmesse Expo Real jedes Jahr zu den wichtigsten europäischen Branchentreffen für Immobilien, Bauen und Standortmarketing. (BP)
]]>Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von FAIR und GSI, und Professor Karlheinz Langanke, Forschungsdirektor von FAIR und GSI, begrüßten die Gruppe und informierten sie in einem Vortrag mit anschließender Diskussion über die wissenschaftlichen Ziele und den Stand der Realisierung des FAIR-Projekts. Im Anschluss begleiteten sie die Gäste über die FAIR-Baustelle, wo die koreanische Gruppe den FAIR-Baufortschritt in Augenschein nehmen konnte. Auch eine Einführung in die technischen Herausforderungen und die wissenschaftliche Leistungsfähigkeiten des FAIR-Ringbeschleunigers SIS100 sowie eine Besichtigung des Teststands für supraleitende FAIR-Magnete durch Dr. Peter Spiller, Teilprojektleiter für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100, gehörten mit zum Tagesprogramm. (CP)
]]>Der Besuch war Teil einer Klausurtagung von „Renew Europe“ in Frankfurt, während der auch Informationstouren zu internationalen Spitzenstandorten unternommen wurden. Auf dem GSI- und FAIR-Campus erhielten die mehr als 100 europapolitischen Besucherinnen und Besucher 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. Die GSI- und FAIR-Geschäftsführung gab Hintergrundinformationen und bot einen kompakten Überblick über Wissenschaft, bauliche und technische Fortschritte, sowie die Entwicklung am Standort im Herzen des Rhein-Main-Gebiets.
Das FAIR-Projekt wird von Experten auch auf Jahrzehnte hinaus als Top-Projekt für die Wissenschaft beurteilt, mit erstklassigen Möglichkeiten und herausragendem Potenzial für wegweisende Entdeckungen. Auch der gesellschaftliche Beitrag des Megaprojekts FAIR ist hoch. FAIR leistet auf vielen Ebenen Wertbeiträge für die Gesellschaft, ob als Innovationstreiber, Anbieter hochqualifizierter Arbeitsplätze und in der Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern und Ingenieuren oder in der Entwicklung neuer medizinischer Anwendungen.
Zu dem Programm für die Gäste gehörte auch eine Besichtigung auf dem GSI-Campus und der FAIR-Baustelle. Sie besuchten dabei die Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten (Series Test Facility, STF), in der vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden. Bei einer Rundfahrt über das FAIR-Baufeld konnten die Gäste die laufenden Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Bauareal aus nächster Nähe besichtigen, von den fertiggestellten Abschnitten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 bis zur Baugrube für den ersten der künftigen Groß-Experimentierplätze.
„Renew Europe“ ist eine der Fraktionen des Europäischen Parlaments. Sie vereint mehrere liberale und zentristische Parteien, aus dem deutschsprachigen Raum sind unter anderem die FDP mit fünf Abgeordneten und die Freien Wähler mit zwei Abgeordneten vertreten. (BP)
]]>Im Fokus standen dabei vor allem spezialisierte Ingenieurinnen und Ingenieure mit unterschiedlichen Schwerpunkten, beispielsweise Elektro und Maschinenbau, sowie Technikerinnen und Techniker und IT-Spezialistinnen und -Spezialisten. Berufseinsteiger waren dabei ebenso gefragt wie langjährig Berufserfahrene.
Die Resonanz war sehr gut, zahlreiche Teilnehmerinnen und Teilnehmer nutzten die Gelegenheit, in den direkten Dialog mit den Ansprechpartnern von GSI und FAIR zu treten und sich ausführlich über Anforderungsprofile und Karrieremöglichkeiten zu informieren. Außerdem gab es umfangreiche Informationen zum FAIR-Projekt, einem der größten Bauvorhaben für die Forschung weltweit, das auch im Vortragforum der Messeveranstaltung im Rahmen eines Company Pitch vorgestellt wurde.
Schon am Messetag selbst waren erste Bewerbungen zu verzeichnen, in der Folgezeit ist die Resonanz über den regulären Bewerbungsweg und per Initiativbewerbung groß. Damit ist die wiederholte Präsenz auf der VDI-Karrieremesse ein wichtiger Baustein zur Gewinnung spezialisierter Fachkräfte in den Ingenieurdisziplinen. (BP)
Mehr Informationen zum Arbeiten bei FAIR und GSI und zu aktuellen Stellenangeboten gibt es hier.
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Nach sorgfältiger Auswahl wurde Dr. Emiliano Bolesani von der Medizinischen Hochschule Hannover (Deutschland) mit dem Preis für den besten Experimentantrag ausgezeichnet. In seinem Vorschlag geht es darum, Herzorganoide zu erzeugen und mit Schwerionen zu behandeln, um das Risiko von Herz-Kreislauf-Erkrankungen in der Raumfahrt zu bewerten. Der zweitbeste Vorschlag betraf die Mikrobiologie, insbesondere die Bestrahlung von arktischem Eis, um strahlenresistente Mikroorganismen zu isolieren, die auf den Eismonden von Jupiter und Saturn vorhanden sein könnten. Die Experimente wurden von Dr. Ligia Fonseca Coelho vom IST in Lissabon (Portugal) vorgeschlagen. Das Projekt, das auf dem dritten Platz landete, befasste sich mit Winterschlaf und Strahlungsresistenz und wurde von Dr. Timna Hitrec von der Universität Bologna (Italien) vorgeschlagen. Das ESA-FAIR-Panel bewertete alle Vorschläge als herausragend. Die Experimentanträge sollen nun offiziell dem Program Advisory Committee vorgelegt werden, um die Umsetzung im Rahmen des IBER-Programms zu beantragen. IBER wird von der ESA finanziert, um bei GSI biologische Effekte von Weltraumstrahlung zu untersuchen.
An der ESA-FAIR Summer School nahmen Dozenten von GSI, ESA und anderen europäischen Instituten wie Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR, SCK-CEN (Studienzentrum für Kernenergie, Belgien) und der Technischen Universität Darmstadt teil. Die zweite Auflage der Summer School ist für September 2020 in Darmstadt geplant. (LW)
www.gsi.de/esa-fair-summer-school.htm
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Unser erster Platz mit insgesamt 87 Stimmen ist ein Bild des Fotografen Thomas Ernsting, das den Großdetektor FOPI zeigt. Für die Hochenergieforschung mit dem Teilchenbeschleuniger SIS18, der Schwerionen bis auf 90 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bringen kann, wurden in den neunziger Jahren neue Detektoren in Betrieb genommen, so auch FOPI (4Pi) – ein Detektor, der annähernd den gesamten Raumwinkel abdeckt. FOPI hatte zum Ziel, die heiße, dichte Kernmaterie zu untersuchen, die für sehr kurze Zeit bei einer hochenergetischen Schwerionenkollision entsteht. Sie expandiert explosionsartig und sendet dabei zum Teil neu produzierte Teilchen aus. FOPI wurde von einer internationalen Kollaboration von 13 Instituten entworfen und bis vor wenigen Jahren bei GSI betrieben.
Das Foto auf Platz 2 mit 77 Stimmen stammt von Christian Grau. Es entstand anlässlich unseres Tags der offenen Tür im Jahr 2017 und zeigt ein Mädchen beim Blick durch eine Beschleunigerstruktur unseres Linearbeschleunigers UNILAC. Der Tag der offenen Tür war mit rund 11.000 Besuchern die größte Veranstaltung in der Geschichte von GSI und FAIR. Platz 3 mit 63 Stimmen, ebenfalls von Thomas Ernsting, eröffnet einen Blick in unseren Großdetektor HADES. Mit HADES (High Acceptance Di-Electron Spectrometer) wird heiße dichte Kernmaterie untersucht, unter anderem, um hinter das Rätsel der Masse zu kommen. Denn es ist noch nicht geklärt, warum ein Proton deutlich mehr Masse hat als seine einzelnen Bestandteile. Auch bei FAIR wird er als Bestandteil des CBM-Detektors zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie weiter Verwendung finden.
Die zehn Gewinner der GSI-Kaffeetassen „Das Universum im Labor“ aus unserer Verlosung wurden per E-Mail über ihren Gewinn benachrichtigt. (CP)
]]>Nach der Begrüßung durch den Direktor des Helmholtz-Instituts Jena, Professor Thomas Stöhlker, überbrachten der Minister für Wirtschaft, Wissenschaft und Digitale Gesellschaft des Freistaats Thüringen, Wolfgang Tiefensee, und die Ministerin für Infrastruktur und Landwirtschaft, Birgit Keller, ihre Grußworte. Für das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung sprach der Forschungsdirektor Professor Karlheinz Langanke, für die Friedrich-Schiller-Universität Jena der Vizepräsident für Forschung, Professor Georg Pohnert.
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. Der viergeschossige, würfelförmige Bau mit einer Grundfläche von rund 240 Quadratmetern schließt im Untergeschoss an das Targetlabor an. Als Verbindung zum bestehenden Institutsgebäude ist eine dazwischen geschaltete Schleuse vorgesehen.
Die Bauzeit für den Neubau, der in Hanglage auf einem landeseigenen Grundstück innerhalb des Universitätsstandorts unterhalb des Landgrafen errichtet wird, soll zirka zwei Jahre betragen. Thüringen finanziert das Bauvorhaben und hat dafür acht Millionen Euro im Landeshaushalt eingeplant.
Mit dem zusätzlichen Institutsgebäude werden die infrastrukturellen Voraussetzungen für die Spitzenforschung, die seit der Institutsgründung vor zehn Jahren am HI-Jena betrieben wird, weiter verbessert. 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 mit dem derzeit hier entstehenden internationalen Beschleunigerzentrum FAIR noch ausgebaut und verstetigt.
Rund 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter sowie assoziierte Forschende in zehn Arbeitsgruppen sind aktuell am HI-Jena tätig. Hinzu kommt eine eigene Graduiertenschule („Research School of Advanced Photon Science“) mit rund 60 Doktorandinnen und Doktoranden. Außerdem sind die erfolgreiche Drittmitteleinwerbung und die regionale Vernetzung – etwa durch Zusammenarbeit und Kollaborationen mit dem Fraunhofer-Institut für Optik und Feinmechanik und dem Leibniz-Institut für Photonische Technologien – stetig gewachsen. (BP)
]]>Die Prüfung der supraleitenden Dipolmagnete in der Testeinrichtung bei GSI läuft seit September 2017, als der erste Magnet geliefert wurde. Anschließend wurde mit der Serienproduktion bei Bilfinger Noell in Würzburg begonnen. Insgesamt werden 110 Dipolmagnete produziert, 108 werden im Ringbeschleuniger-Tunnel installiert, zwei weitere sind Ersatzmagnete. Die Dipole, die vor allem zur Umlenkung des Teilchenstrahls eingesetzt werden, machen somit mehr als ein Viertel aller 415 im SIS100 verwendeten schnell gerampte supraleitenden Magnete aus.
Jeder der etwa drei Tonnen schweren und drei Meter langen Dipolmagnete wird einem umfangreichen Prüfprogramm unterzogen: Die Qualitätskontrolle der Produktion sowie die Werksabnahmeprüfung unter normalen Umgebungsbedingungen werden in Würzburg durchgeführt, während in der GSI-Testeinrichtung ein erweitertes Prüfprogramm sowohl unter Umgebungs- als auch unter Tieftemperaturbedingungen, der sogenannte Site Acceptance Test (SAT), vorgenommen wird.
Die fast 700 Quadratmeter große Testanlage, die eigens bei GSI gebaut wurde, ist mit einer kryogenen Anlage mit einem lokalen Flüssighelium-Verteilsystem ausgestattet, um die zu testenden Magnete auf die Betriebstemperatur von 4,5K (das entspricht 4,5 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei rund -273 Grad) kühlen zu können. Außerdem ermöglichen zwei 20-Kiloampere-Netzgeräte Funktionsprüfungen an den Magneten. Das reguläre Testprogramm für einen einzelnen Magneten dauert etwa vier Wochen. Die erfolgreiche Testkampagne ist das Ergebnis der gemeinsamen Arbeit von mehr als 30 Kollegen aus verschiedenen GSI-Abteilungen.
Ziel der Abnahme- und Funktionsprüfungen ist es, die Produktionsqualität nach den vorgegebenen Parametern zu überprüfen, die Magnete für den Betrieb im SIS100-Beschleuniger zu qualifizieren und die für die Maschinensteuerung erforderlichen Daten zu erfassen. (BP)
]]>50 Jahre GSI, das sind auch 50 Jahre voller beeindruckender Forschungsergebnisse, fortschrittlicher Experimente, neuer Technologien und wichtiger Entscheidungen. Wir haben die Höhepunkte aus der GSI-Geschichte zusammengestellt. Der Zeitstrahl „50 Jahre GSI“ gibt einen Überblick über die Meilensteine, die die Geschichte des Forschungsinstituts geprägt haben. Gehen Sie mit uns auf Zeitreise, klicken Sie sich durch 50 Jahre Spitzenforschung bei GSI und werfen Sie einen Blick in die verheißungsvolle Zukunft von FAIR. (LW)
Das diesjährige Ergebnis des Teams GSI ist damit nochmals eine deutliche Verbesserung der sehr erfolgreichen letzten Jahre: Im Jahr 2018 waren es 102 Radlerinnen und Radler im Team GSI, die 25.766 Kilometer zurückgelegt und damit den zweiten Platz erreicht hatten. 2017 erradelte ein 67- köpfiges Team mit über 15.000 Kilometern schon einmal den ersten Platz.
Verliehen wurden die Siegerpreise für die besten Teams und Einzelradler während des Fahrradaktionstages auf dem Marktplatz in Darmstadt durch Umweltdezernentin Barbara Akdeniz. Als Preise für die Siegerteams gab es Gutscheine für einen gemeinsamen Kletterwaldbesuch, um den Teamgedanken zu stärken.
An der 21-tägigen Kampagne im Mai und Juni nahmen stadtweit über 1400 Personen in 85 Teams teil. Sie legten in diesem Zeitraum insgesamt 285.809 Kilometer Strecke zurück und konnten dadurch 41 Tonnen CO2 im Vergleich zu Autofahrten vermeiden. „Ich freue mich, dass wieder so viele Radfahrerinnen und Radfahrer am Stadtradeln teilgenommen haben und damit ein Zeichen für den hohen Stellenwert des Radfahrens in Darmstadt gesetzt haben“, erklärte Umweltdezernentin Akdeniz während der Preisverleihung. Auch im kommenden Jahr will die Stadt Darmstadt wieder am Stadtradeln teilnehmen. (BP)
Webseite zur Aktion Stadtradeln
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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.
Die Summer School wird sowohl auf dem Gelände des ESA-Satellitenkontrollzentrums ESOC als auch auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt abgehalten, um Studierende in der grundlegenden Schwerionen-Biophysik für Weltraumanwendungen, wie beispielsweise bei Erkennung, Überwachung und Schutz von Weltraumstrahlung auszubilden.
Das wissenschaftlich hochkarätige Programm der Summer School, eröffnet von Thomas Reiter, ESA-Koordinator internationale Agenturen, und Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, beinhaltet unter anderem Vorträge von Experten, 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. Unter anderem gibt es Gelegenheit, mit Marco Durante, dem Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, über das Strahlungsrisiko während des Lebens und Arbeitens im Weltraum zu diskutieren. An den GSI- und FAIR-Beschleunigeranlagen haben die Teilnehmenden zudem die Möglichkeit, an Experimenten mitzuwirken und mehr über die Forschungsfelder Strahlenbiologie, elektronische Komponenten, Materialforschung, Abschirmmaterialien und Kalibrierung von Instrumenten zu erfahren. Am Ende der ESA-FAIR Radiation Summer School werden die Teilnehmer schriftliche Prüfungen ablegen und Teamarbeiten durchführen, die von den Dozenten evaluiert und bewertet werden.
Die Einrichtung der Summer School ist ein direktes Ergebnis der engen Kooperation zwischen ESA und FAIR zur Erforschung kosmischer Strahlung. 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 so genau simulieren können wie keine andere Beschleunigeranlage. Die Nachbarschaft zum ESA-Satellitenkontrollzentrum in Darmstadt schafft zudem ideale Voraussetzungen für die lokale Zusammenarbeit auf einem der entscheidenden Forschungsfelder der Zukunft. (BP)
Den Ionenstrahl genau unter die Lupe zu nehmen, ist eine Hauptaufgabe der Abteilung Strahldiagnose. Im Mittelpunkt steht die Messtechnik am Teilchenstrahl, die genutzt wird, um sämtliche relevanten Strahlparameter, beispielsweise Strahllage und –intensität und ihre zeitliche Entwicklung, zu erfassen. Auf Basis präziser Messungen, die dem Operating-Team zur Verfügung gestellt werden, lassen sich Beschleuniger und Ionenstrahl immer weiter optimieren.
Eine wichtige Voraussetzung für die effiziente Durchführung kernphysikalischer Experimente bei GSI und FAIR ist die Bereitstellung von Ionenstrahlen mit möglichst konstanter Strahlintensität bei der langsamen Extraktion der beschleunigten Ionen aus dem Synchrotron SIS18. Der Prozess der langsamen Extraktion reagiert sehr sensibel auf Störeinflüsse, wie zum Beispiel geringste Schwankungen der Ströme in den Stromversorgungen der Magnete. Diese Störeinflüsse wurden bereits seit vielen Jahren bei GSI experimentell und auch mit Hilfe von Simulationen der Teilchendynamik untersucht, mit dem Ziel, diese Störungen möglichst effektiv zu unterdrücken. Dr. Rahul Singh führte in den vergangenen zwei Jahren eine Reihe von Messungen durch, um den genauen Ursprung für die Schwankungen der sogenannten Spillstruktur im Millisekundenbereich zu verstehen und den Einfluss der Magnetstromversorgung auf die Strahlqualität zu modellieren.
Gemeinsam mit einem Team von Beschleunigerexperten ist es Dr. Rahul Singh nun gelungen, ein neuartiges Verfahren zur Verbesserung der Spillstruktur zu entwickeln und sofort bei der Strahlzeit erfolgreich zu implementieren. Durch das neue Verfahren konnte die Spillstruktur besser geglättet werden. Insbesondere das HADES-Experiment hat in der letzten Strahlzeit unmittelbar von dem neuen Verfahren in Form einer um 45% höheren Event-Statistik profitiert.
Die hier entwickelte Technik zur Optimierung der Maschineneinstellungen ist sehr zukunftsträchtig und wird nicht nur die Effizienz für die meisten Benutzerexperimente am SIS18, sondern auch am großen Beschleunigerring SIS100 des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR erhöhen. (BP)
]]>Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat mit FAIR ein Memorandum of Understanding zur Nutzung der Beschleunigeranlagen für den Strahlenschutz im Weltraum unterzeichnet. Die bereits 2024 geplanten aktuellen Pläne zur Mondaufklärung machen diese Experimente dringend erforderlich, um das Risiko der Weltraumstrahlung zu verstehen und geeignete Gegenmaßnahmen zu finden. Im Rahmen des Memorandum of Understanding finanziert die ESA das Programm „Investigations on Biological Effects of Radiation“ (IBER), das europäische Forscher dabei unterstützt, bei GSI und FAIR strahlenbiologische Experimente zum Weltraumstrahlenschutz durchzuführen.
Physiker konnten erstmals die Energie genau messen, die beim Zerfall des angeregten Atomkerns Thorium-229 frei wird. Damit sind sie bei der Entwicklung der Kernuhr, die noch weit genauer tickt als heutige Atomuhren, einen wichtigen Schritt weitergekommen.
Uhren gehören zu den genauesten Messinstrumenten überhaupt. Die derzeit besten Atomuhren gehen in 30 Milliarden Jahren nur um eine einzige Sekunde falsch. Die sogenannte Kernuhr, die auf Energieveränderungen im Kern des Isotops Thorium-229 basiert, könnte diese Präzision noch um eine ganze Größenordnung übertreffen. Ein Team unter der Leitung des LMU-Physikers Peter Thirolf ist nun in Zusammenarbeit mit Kollegen des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), der Universität Bonn und der Technischen Universität Wien einen bedeutenden Schritt auf dem Weg zur Kernuhr vorangekommen und hat es mit diesem Thema sogar auf die Titelseite des renommierten Fachmagazins Nature geschafft. Wie die Wissenschaftler berichten, ist es ihnen erstmals gelungen, die Energie, die beim Zerfall dieses Kerns frei wird, genau zu vermessen – eine wichtige Voraussetzung für die Entwicklung der Kernuhr.
Taktgeber sind Schwingungen im Atomkern
Im Unterschied zu gewöhnlichen Atomuhren dienen bei Kernuhren nicht Schwingungen in der Elektronenhülle von Atomen als Taktgeber, sondern Schwingungen im Atomkern selbst. Hervorgerufen werden die Schwingungen durch Übergänge zwischen Energieniveaus, die bei Atomuhren mit Lasern erzeugt werden. Allerdings liegen die in Atomkernen vorherrschenden Energien um mehrere Größenordnungen über denen der Atomhülle, deshalb können Kerne mit heutigen Lasern normalerweise nicht angeregt werden. Der einzige mögliche Kandidat für die Entwicklung einer Kernuhr ist Thorium-229, da dieses Isotop das bei Weitem niedrigste angeregte Energieniveau aller derzeit bekannten etwa 3800 Atomkerne besitzt. Für seine Anregung reicht ultraviolette Strahlung aus, die mit Lasern produziert werden kann.
Welche Art von Laser für die Anregung von Thorium-229 benutzt werden muss, war bisher allerdings unklar, da die Eigenschaften des Kerns nicht genau genug bekannt sind. „Die Energie beziehungsweise Wellenlänge des Laser-Lichts muss haargenau auf die Energie des Kernübergangs abgestimmt sein. Diese Energie haben wir in unseren Experimenten an der LMU nun erstmals genau bestimmt“, sagt Benedict Seiferle, der Erstautor des Papers.
Uran-233-Quellen als Lieferanten des angeregten Thorium-229
Da der angeregte Zustand aktuell nicht direkt erzeugt werden kann, verwendeten die Wissenschaftler angeregte Thorium-229 Kerne aus in Mainz hergestellten Quellen. „Für die Herstellung der Quellen wurde in Mainz Uran-233 chemisch gereinigt und elektrochemisch auf titanbeschichteten Siliziumwafern abgeschieden. Dadurch entstehen dünne und homogene Schichten. Uran-233 zerfällt durch einen Alphazerfall zu Thorium-229. Die beim Alphazerfall freiwerdende Energie katapultiert das Thorium-229 aus der Uranschicht in eine von den LMU-Kollegen entwickelte Apparatur, in der Thorium-229-Kationen gewonnen werden“, beschreibt der Chemiker Christoph Düllmann vom GSI Helmholtzzentrum, der Universität Mainz und dem HIM das Verfahren. Wenn Thorium-229 als Ion vorliegt, besitzt es einen mit einer Lebensdauer von Stunden vergleichsweise langlebigen angeregten Kernzustand. „Durch die lange Lebensdauer finden allerdings nur äußerst selten Zerfälle statt, die man messen kann. Gibt man diesem Ion seine Elektronen zurück, zerfällt der angeregte Kernzustand dagegen sehr schnell“, sagt Seiferle.
Deshalb nutzten die Wissenschaftler einen Trick: Sie schossen die Ionen durch eine Folie aus Graphen. Dann holt sich das Ion seine fehlenden Elektronen vom Graphen und verlässt die Folie als neutrales Atom. Durch die kontrollierte Neutralisation zerfällt der angeregte Kernzustand innerhalb weniger Mikrosekunden und gibt seine Energie an ein Elektron ab, das dadurch aus der Atomhülle herausgeschossen wird und wieder ein Thorium-Ion zurücklässt. Die kinetische Energie dieses Elektrons hängt von der Energie des angeregten Kernniveaus ab und kann dann mit einem Elektronenspektrometer vermessen werden. Die Interpretation der gemessenen Spektren ist allerdings anspruchsvoll, da das Elektron nur einen Teil der Kernanregungsenergie trägt und ein anderer Teil beim Thorium-Ion zurückbleibt. Die zu erwartenden Spektren konnten am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg vorhergesagt werden. In Zusammenarbeit mit den Kollegen aus Wien und Bonn ist es den Münchner Physikern dann gelungen, die Energie des Kernzerfalls zu bestimmen.
Kernanregung durch Laserstrahlen mit Wellenlänge von 150 Nanometern möglich
Aus diesen Informationen konnten die Wissenschaftler bestimmen, dass zur Anregung von Thorium-229 Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von rund 150 Nanometern benötigt werden. Auf Basis dieser Ergebnisse können nun erstmals für die Anregung von Thorium-229 geeignete Laser konstruiert und damit die Entwicklung einer Kernuhr entscheidend vorangetrieben werden. Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass die Kernuhr etwa in der Grundlagenforschung zahlreiche Anwendungen haben wird, da sich manche Fragestellungen nur mithilfe extrem präziser Zeitmessungen beantworten lassen.
Die aktuellen Ergebnisse ebnen den Weg für neue Forschungsmöglichkeiten an der neuen Beschleunigeranlage FAIR, die gerade bei GSI entsteht. Thomas Stöhlker, stellvertretender Forschungsdirektor und Leiter des Bereichs Atomphysik von GSI, sagt: „Diese genauere Energiebestimmung eröffnet exzellente Perspektiven für zukünftige Forschung an den Speicherringen der Anlage FAIR und ermöglicht Präzisionsstudien an Thorium-229 und seinem Isomer in höchsten Ladungszuständen durch dielektronische Rekombination.“ (LMU/CP/JL)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in Nature (Englisch)
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Neben vielfältigen Informationen gab es auch die Möglichkeit, an einem Beschleunigermodell die Herstellung des Elements Darmstadtium spielerisch zu simulieren. In Experimenten an der GSI-Beschleunigeranlage war es Wissenschaftlern gelungen, insgesamt sechs neuen Elemente zu entdecken. Eines davon ist das Darmstadtium, nach dem das Wissenschafts- und Kongresszentrum benannt worden ist.
Das Engagement beim Tag der Vereine ist ein weiterer Baustein der guten Kooperation zwischen GSI und „darmstadtium“: GSI ist durch die Entdeckung des Elements Darmstadtium nicht nur namensgebend für das Wissenschafts- und Kongresszentrums, sondern war beim Tag der Vereine auch einer der Veranstaltungspartner. Zudem haben beide gemeinsam ein neues Periodensystem der Elemente als Lehrmaterial für Schulen herausgegeben, ein wichtiges Werkzeug für den Chemieunterricht. GSI und "darmstadtium" stellen Schulen kostenlose Periodensysteme zur Verfügung (nur solange der Vorrat reicht). Lehrerinnen und Lehrer können Exemplare für ihre Schulklassen bestellen (Versand innerhalb Deutschlands). (BP)
]]>Das Collaboration Board ist das höchste Gremium, das die Aufsicht über die Arbeit der ALICE-Kollaboration hat. Es prüft alle Fragen, Richtlinien, Entscheidungen und Empfehlungen, die für den Bau, die Wartung, den Betrieb und die Modernisierung des ALICE-Experiments relevant sind, sowie alle Fragen im Zusammenhang mit der Analyse und Veröffentlichung von Informationen oder Daten, die während der Experimente am ALICE-Aufbau aufgenommen wurden.
"Es ist eine große Ehre für mich, vom Collaboration Board zur Vorsitzenden gewählt zu werden. Ich bin sehr dankbar für die sehr große Unterstützung und das Vertrauen, das die Kollaboration in mich setzt", erklärte Silvia Masciocchi nach der Wahl. "Ich freue mich auf die vielen Aufgaben und Herausforderungen, die diese verantwortungsvolle Position mit sich bringt. ALICE befindet sich in einer sehr spannenden und herausfordernden Phase: Während wir noch viele physikalische Ergebnisse aus den ersten beiden Experimentzeiträumen des LHC (von 2009 bis 2018) veröffentlichen, aktualisieren wir derzeit den größten Teil des Experimentaufbaus und der Software. Ab 2021 wird ALICE Schwerionenkollisionen mit einer nie dagewesenen Geschwindigkeit von 50 Kilohertz im kontinuierlichen Auslesemodus erfassen. Die Kollaboration steht vor einer anspruchsvollen und intensiven Arbeit, um sicherzustellen, dass ALICE für eine erfolgreiche Datenaufnahme ab 2021 bereit ist, die ein deutlich erweitertes Physikprogramm ermöglicht. Ich freue mich darauf, die Bemühungen der gesamten Kollaboration durch das Collaboration Board in den nächsten spannenden Jahren zu steuern. So spielt GSI auch weiterhin eine führende und wesentliche Rolle für den Erfolg von ALICE."
Silvia Masciocchi studierte Physik in Mailand, Italien. Nach ihrer Promotion an der Universität Heidelberg war sie am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, am Max-Planck-Institut für Physik in München sowie am Deutschen Elektronensynchrotron DESY in Hamburg tätig. Jahr 2006 wechselte sie zu GSI in die Forschungsabteilung ALICE, die sie seit 2011 auch leitet. Im Jahr 2017 wurde sie auf eine Professur an die Universität Heidelberg berufen.
GSI hat von Anfang an eine führende Rolle beim Bau und beim wissenschaftlichen Programm von ALICE gespielt. Die Forschungsabteilung ALICE von GSI ist mitverantwortlich für den Betrieb der zwei größten Detektorsysteme von ALICE. Die Zeitprojektionskammer (TPC) und der Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) wurden unter wesentlicher Beteiligung von GSI-Mitarbeitern der ALICE-Abteilung und des Detektorlabors entwickelt und aufgebaut. Aktuell leistet GSI einen maßgeblichen Beitrag zum ALICE-Upgrade-Programm, insbesondere im TPC-Projekt und bei der Entwicklung des neuen Online-Offline(O2)-Software-Frameworks. Dazu arbeiten die ALICE-Abteilung, das Detektorlabor und die IT-Abteilung eng zusammen. GSI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler haben diverse führende Rollen in der Datenanalyse und im Physikprogramm von ALICE. (cp)
]]>TIARA steht für „Test Infrastructure and Accelerator Research Area“ und ist ein spezieller Zusammenschluss, dessen Zweck es ist, Fachwissen auszutauschen und die Einrichtung gemeinsamer Forschungs- und Entwicklungsprogramme sowie Aus- und Fortbildungsmaßnahmen im Bereich der Beschleunigerforschung und -technologie in Europa zu erleichtern und zu unterstützen. Zu den TIARA-Aktivitäten gehört unter anderem die Bereitstellung von wissenschaftlicher und technischer Beratung für Forschung und Entwicklung (FuE) im Hinblick auf die zukünftige Beschleunigerwissenschaft und -technologie.
TIARA wird von Roy Aleksan vom französischen Kommissariat für Atomenergie und alternative Energien CEA mit Unterstützung bei der Verwaltung der wichtigsten EU-Förderprogramme durch Maurizio Vretenar vom europäischen Kernforschungszentrum CERN koordiniert. Die Vor-Ort-Organisation des Treffens bei der GSI wurde vom Teilprojekt SIS100/SIS18 übernommen. Ein Grund für die Ausrichtung des Treffens auf dem GSI- und FAIR-Campus war es, die internationalen Experten über den Stand des FAIR-Projekts zu informieren. Zur Tagesordnung gehörte unter anderem ein Besuch auf der FAIR-Baustelle, begleitet von einer Präsentation von Peter Spiller und Niels Pyka über den Stand des FAIR-Projekts. Auch eine Personalentscheidung stand an: Der Ausschuss hat Eugenio Nappi zum neuen Vorsitzenden des TIARA-Rates gewählt. (BP)
Homepage der TIARA-Kollaboration (auf Englisch)
]]>Aktuell sind 118 Elemente im Periodensystem der Elemente verzeichnet. 92 davon kommen auf der Erde natürlich vor. Die Suche nach weiteren neuen Elementen erfolgt mithilfe von Teilchenbeschleunigern. Dazu lassen die Forscherinnen und Forscher einen Ionenstrahl mit Atomkernen einer Elementsorte auf eine Materialprobe eines anderen Elements prallen. Bei der Fusion der Atomkerne beider Elemente kann ein neues, schweres Element entstehen. Eine Anerkennung und Aufnahme eines neuen Elements in das Periodensystem erfolgt, sobald der Nachweis als gesichert eingestuft ist. Die auf diese Art künstlich erzeugten Elemente sind instabil, das heißt, sie zerfallen innerhalb kurzer Zeit. Ungeklärte Forschungsfragen auf dem Gebiet sind beispielsweise, wie schwere Elemente gebildet werden, ob schwerere Elemente aufgrund spezieller Kernkonfigurationen wieder längere Lebensdauern haben können (sogenannte Insel der Stabilität) und welche chemischen und physikalischen Eigenschaften diese Elemente aufweisen.
Mit bei der Konferenz dabei sind die Professoren Peter Armbruster und Gottfried Münzenberg, die in ihren aktiven Forschungslaufbahnen leitende Positionen bei der Erzeugung der Elemente 107 bis 112 (Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Copernicium) am GSI Helmholtzzentrum inne hatten. Ebenfalls vor Ort ist Professor Juri Oganesjan, Elemententdecker aus Russland und aktuell der einzige lebende Mensch, nach dem ein chemisches Element benannt ist: Element 118, das Oganesson. Er war Leiter des Entdeckerteams der Elemente 114 bis 118 (Flerovium, Moscovium, Livermorium, Tenness und Oganesson) am Flerow-Labor des Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna, Russland. Aus Japan ist Dr. Kouji Morimoto vom RIKEN Nishina Center for Accelerator-Based Science anwesend, der Mitglied des Entdeckerteams von Element 113 war. An der Konferenz nehmen außerdem die aktuellen Leiter der Forschungszentren GSI, Flerov-Labor und RIKEN Nishina Center, an denen die entsprechenden Elemente entdeckt wurden, teil.
„Die Erforschung der schweren Elemente ist ein ungeheuer spannendes Gebiet, es gibt sehr viele unbeantwortete Fragen“, erläuterte Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI, sowie der in Darmstadt neu entstehenden internationalen Forschungsanlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research). „Woher kommen die Elemente? Wie werden sie in Sternexplosionen und anderen stellaren Ereignissen produziert? Antworten auf diese Rätsel möchten wir dem Kosmos gerne mithilfe unserer Beschleunigeranlagen entlocken. Auch in Zukunft wird die Untersuchung der schweren Elemente eine wichtige Rolle für unser Forschungszentrum spielen. Die FAIR-Anlage, die aktuell bei GSI in Darmstadt in internationaler Zusammenarbeit gebaut wird, bietet herausragende Möglichkeiten, um das Universum ins Labor zu holen.“
Professor Sergey Dmitriev, Direktor des Flerow-Labors für Kernreaktionen (FLNR), sagte auf dem Kongress: „Experimente zur Synthese neuer superschwerer Elemente – Flerovium (114), Moscovium (115), Livermorium (116), Tennessin (117), Oganesson (118) – wurden am Beschleuniger U400 des FLNR mit hoher Priorität durchgeführt. Für weitere Fortschritte war der Bau einer Superschwere-Elemente-Fabrik am FLNR, deren Herzstück das DC280-Zyklotron ist, erforderlich. An dieser Fabrik wird die Ionenstrahlintensität um eine Größenordnung größer sein als die derzeit erreichte. Die Inbetriebnahme der Fabrik wird Experimente zur Synthese der Elemente 119 und 120 ermöglichen und die Arbeiten an Erforschung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von superschweren Elementen erheblich erweitern."
Auch in Japan wird die Suche nach neuen Elementen fortgesetzt. „Seit Dezember 2018 führen wir das Experiment zur Suche nach Element 119 mit einem der fünf Zyklotrone in der RIKEN RI Beam Factory durch. Ende 2019 wird unser Linearbeschleuniger mit neu gebauten supraleitenden Beschleunigungselementen ausgestattet sein und bereit sein, mit höherer Strahlintensität neue Elemente zu synthetisieren. Solange wir die Möglichkeit haben, werden wir beide Experimente parallel durchführen und fortsetzen, bis das Element 119 gefunden wird – hoffentlich bei RIKEN“, beschrieb Hideto En’yo, Leiter des RIKEN Nishina Centers, die aktuellen Forschungsziele.
An der TAN-Konferenz nehmen rund 120 Forscherinnen und Forscher aus 19 Ländern und 4 Kontinenten teil. Sie diskutieren in der Konferenzwoche über die aktuellen Ergebnisse und die Perspektiven der Forschung an den sogenannten Transactinoiden, den Namensgebern der TAN-Konferenzserie. Damit sind die Elemente ab der Ordnungszahl 104 gemeint, die auf die Reihe der Actinoide folgen. Sie alle sind künstlich hergestellt und werden im Rahmen der Forschung an schweren Elementen weiter erforscht. „Wir untersuchen beispielsweise auch ihre chemischen Eigenschaften“, erklärte Professor Christoph Düllmann, Mitorganisator der TAN, Professor an der Universität Mainz und Leiter der GSI- und HIM-Forschungsabteilungen zur Chemie der schweren Elemente. „Die Elemente werden nach ihrer Ordnungszahl in die Gruppen des Periodensystems einsortiert. Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften stehen untereinander. Bei neuen künstlichen Elementen bedarf es natürlich der Klärung, welche Eigenschaften sie haben, und ob sie sich ebenso in diese Gruppen einordnen, oder ob die hohe Kernladung in diesen exotischen Atomen die Elektronenhülle durcheinanderwirbelt und dadurch zu unerwarteten chemischen Eigenschaften führt.“
„In gleicher Weise untersuchen wir auch die physikalischen Eigenschaften der neuen Elemente“, kommentierte Professor Michael Block, ebenfalls TAN-Mitorganisator und Professor in Mainz, sowie Leiter der GSI- und HIM-Forschungsabteilungen zur Physik der schweren Elemente. „So lassen sich etwa die Anordnung und die Energieniveaus der Kernbausteine durch spektroskopische Untersuchungen bestimmen oder hochpräzise Massenmessungen der Kerne durchführen, um das Verhalten der Elemente im Detail zu verstehen und die aktuellen Kernmodelle weiter zu verbessern.“
Die TAN-Konferenz findet im von der UNESCO ausgerufenen Internationalen Jahr des Periodensystems 2019 (IYPT) statt, mit dem das 150-jährige Jubiläum des Periodensystems gefeiert wird. Der russische Chemiker Dmitri Mendelejew hatte im Jahr 1869 eine Systematik in die bis dato ungeordneten Elemente gebracht und Vorhersagen über damals noch fehlende, unbekannte Elemente gemacht. Er gilt damit als Vater des Periodensystems. Lokalen Bezug hat die Konferenz über den Arzt und Chemiker Lothar Meyer, der ebenfalls eine entsprechende Systematik für die Elemente vorgeschlagen hatte. Er stammt aus dem benachbarten Ort Varel südlich von Wilhelmshaven.
Neben dem wissenschaftlichen Diskurs findet im Rahmen der TAN auch ein Symposium anlässlich des IYPT mit Informationen über die Historie des Periodensystems und der Elemententdeckungen sowie einem Ausblick auf die Zukunft der Erforschung der schweren Elemente statt. Vertreter der für die Elementbenennung verantwortlichen internationalen Organisationen IUPAC und IUPAP sowie der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und der Gesellschaft Deutscher Chemiker sind ebenfalls anwesend. Die TAN reiht sich in viele Beispiele der gelungenen internationalen Kooperation in der Forschungswelt ein. (CP/JL)
]]>Indien, Gründungsmitglied und einer der Gesellschafter der FAIR GmbH, beteiligt sich unter anderem mit zahlreichen Sachbeiträgen („In-Kinds“) für den Beschleuniger und für mehrere Experimente am FAIR-Projekt. Dazu gehören auch die hochmodernen, ultra-stabilen Hochleistungsstromrichter (Ultra Stable High Power Converters, USHPC) für die FAIR-Magnete. Gefertigt werden sie von der Electronics Corporation of India Limited (ECIL), die sie in Zusammenarbeit mit dem Bose Institute of Kolkata herstellt. Unterstützung kommt außerdem vom Raja Ramanna Centre for Advanced Technology (RRCAT), dem Bhabha Atomic Research Centre (BARC) und dem Variable Energy Cyclotron Centre (VECC).
In einem festlichen Akt auf dem ECIL-Werksgelände in Hyderabad wurde nun die erste Charge mit 67 Stromrichtern im Beisein der GSI- und FAIR-Delegation auf den Weg zur Verschiffung nach Deutschland gebracht. Jörg Blaurock und ECIL-Geschäftsführer Sanjay Chaubey sprachen von einem bedeutsamen Moment. „Dies ist ein besonderer Höhepunkt einer zehnjährigen Reise in enger Zusammenarbeit mit verschiedenen Institutionen. Wir haben von Grund auf begonnen und das erreicht, was die Nation von uns erwartet hat“, sagte Sanjay Chaubey. Jörg Blaurock betonte: „Die Firma ECIL ist ein wichtiger und verlässlicher Partner für uns. Wir haben eine sehr erfolgreiche Kooperation. Indien leistet mit seinen In-Kind-Lieferungen wertvolle Beiträge für das FAIR-Projekt.“
In Indien und auf dem GSI- und FAIR-Campus waren im Vorfeld bereits Prototypen und erste Serien-Exemplare der Stromrichter erfolgreich ausführlichen Qualitäts- und Leistungstests unterzogen worden. Insgesamt soll die Firma ECIL rund 700 Stromrichter für die Magnete des großen FAIR-Ringbeschleunigers SIS100, der Hochenergiestrahlführung HEBT sowie des Supraleitenden Fragmentseparators Super-FRS produzieren.
Das Unternehmen Electronic Corporation of India ECIL war 1967 unter dem Dach des indischen Ministeriums für Atomenergie gegründet worden mit dem Ziel, eine starke einheimische Kompetenz im Bereich der Hochleistungselektronik zu schaffen. Das Institut war bereits an mehreren hochrangigen, internationalen Forschungsprogrammen beteiligt, wie beispielsweise an der Lieferung von Komponenten für den Large Hadron Collider (LHC) des europäischen Kernforschungszentrums CERN. (BP)
]]>Es geht um Eigenschaften magnetischer Materialien und um maßgeschneiderte Veränderungen in neuartigen Werkstoffen: Zwei Teams um Physikerinnen der Universität Duisburg-Essen (UDE) werden mit insgesamt 2,8 Millionen Euro für drei Jahre gefördert. Für die Experimente an Teilchenbeschleunigern entwickeln sie neue Instrumente. Ein Projekt wird am Ionenspeicherring CRYRING auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt umgesetzt.
Am CRYRING, der auch Teil der künftigen Beschleunigeranlage FAIR wird, untersuchen die Forscher unter der Leitung von Professorin Marika Schleberger Festkörper mit Hilfe von Ionenstrahlen. Zu diesem Zweck wird ein Messplatz am 17 Meter durchmessenden Ring, in dem die Ionen von kleinen Geschwindigkeiten bis zu einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit fliegen, mit neuartigen Instrumenten ausgestattet. Sie werden von den Projektpartnern der UDE und der Universität Gießen eigens entwickelt. Damit wollen die Forscher die Teilchen analysieren, die beim Beschuss mit Ionen herausgelöst werden, um zentrale Fragen zu beantworten: Wie erreicht man maßgeschneiderte Veränderungen in neuen Materialien durch gezielte Entfernung einzelner Atome? In welche Untereinheiten zerbrechen Biomoleküle unter Teilchenbeschuss, und kann man diesen Prozess steuern? Wie lässt sich die Nachweisempfindlichkeit noch weiter steigern?
Der CRYRING ist ein Beitrag Schwedens zu FAIR, der aus Stockholm zu GSI transportiert wurde. Er wurde in Kooperation mit GSI zunächst für Experimente und Maschinentests an der bestehenden GSI-Beschleunigeranlage aufgebaut. Es ist geplant, ihn langfristig für die atomphysikalische Forschung mit langsamen Antiprotonen an FAIR einzusetzen.
Ein weiteres Projekt, unter der Leitung von Dr. Katharina Ollefs, beschäftigt sich mit neuartiger, energieeffizienter Kühlung durch magnetische Materialien. Die bisherigen Systeme schädigen die Umwelt oder verbrauchen viel Strom. Alternativen bieten magnetokalorische Materialien: Ihre Temperatur lässt sich durch Anlegen eines Magnetfelds verändern. Im nun geförderten Projekt ULMAG (ULtimate MAGnetic Characterization) will OllefsTeam zusammen mit Kollegen der Technischen Universität Darmstadt unter exakt gleichen Bedingungen elementare und magnetische Eigenschaften von Materialien untersuchen. Die Experimente finden an der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble (Frankreich) statt. Die ESRF erzeugt Röntgenstrahlen, die 100 Milliarden Mal intensiver sind als die in Krankenhäusern verwendete Strahlung. „Mit dem neuen Gerät an der Synchrotronstrahlungsquelle werden kleinste Änderungen des Magnetismus und der Struktur hochpräzise aus dem direkten Blickwinkel der entscheidenden Atome simultan während des Phasenübergangs verfolgt. Davon erhoffen wir uns bahnbrechende Neuentwicklungen von magnetokalorischen Materialien“, erklärt Ollefs.
Beide Verbundprojekte fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit jeweils 1,4 Millionen Euro für drei Jahre. (UDE/BP)
]]>Erneut hatten sich das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das künftige Beschleunigerzentrum FAIR an der Kooperation „Tage der Industriekultur Rhein-Main“ beteiligt und Campus und Forschungsanlagen nach Voranmeldung für das Publikum geöffnet. Unter dem Motto „Das Universum im Labor“ konnten die Gäste den Campus entdecken, sich über die aktuelle Forschung informieren und auch mehr über das Mega-Bauprojekt FAIR erfahren. Von der Aussichtsplattform an der Großbaustelle aus erhielten sie einen umfassenden Überblick über die Bauarbeiten für eines der größten Bauvorhaben für die Spitzenforschung weltweit. Auf dem 20-Hektar-Baufeld nordöstlich von GSI-Campus entsteht derzeit ein faszinierendes Wissenschaftsprojekt mit Beschleuniger- und Speicherringen, Hightech-Infrastrukturen und herausragenden Experimentiermöglichkeiten.
Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute. (BP)
]]>Mit dem Award verbunden ist die Vergabe einer Fest-Vorlesung an den jeweiligen Preisträger. Marco Durante hat die Schneider-Memorial-Lecture am 5. August in Galveston gehalten. Der Titel der Vorlesung lautete „Schwerionen in der Strahlentherapie: Führen die verbesserten physikalischen und biologischen Eigenschaften zu einem besseren Ergebnis bei Patienten?“
Die Martin-Schneider-Memorial-Awards werden jährlich von der Universität von Texas zu Ehren des ersten Leiters der Radiologischen Abteilung der UTMB vergeben. Martin Schneider stand an der Spitze von der Gründung 1948 bis zu seinem Tod 1966. Mit der Verleihung an Professor Durante wurde die Vorlesung zum ersten Mal von einem Nicht-US-Wissenschaftler gehalten. Übergeben wurde die Auszeichnung vom Lehrstuhl für Radioonkologie der UTMB von Professorin Sandra "Sunny" Hatch. (BP)
]]>Das haushohe HADES-Detektorsystem auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt ermöglicht den Forschenden spannende Einblicke in die Geschehnisse bei der Kollision zweier schwerer Kerne bei relativistischen Energien und erlaubt es ihnen auch – wie nun sehr erfolgreich geschehen –, den mikroskopischen Eigenschaften extremer Materiezustände im Labor auf die Spur zu kommen. Die jüngsten Ergebnisse der HADES-Kollaboration, bei denen mehr als 110 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus zahlreichen Ländern beteiligt waren, markieren einen wichtigen Moment: „Die Rekonstruktion der Wärmestrahlung von komprimierter Materie ist ein Meilenstein im Verständnis kosmischer Materieformen. Sie ermöglicht nicht nur die Extraktion der Temperatur des bei der Kollision gebildeten Systems, sondern gibt auch einen tiefen Einblick in die mikroskopische Struktur von Materie unter solchen Bedingungen", erläutert Professor Joachim Stroth, Sprecher der HADES-Kollaboration, der gemeinsam mit Professorin Tetyana Galatyuk die aktuellen Analysen koordiniert hat. Zahlreiche weitere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von GSI und FAIR waren an der aktuellen Veröffentlichung beteiligt.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, dessen Forschungsschwerpunkt die Physik hochenergetischer Schwerionenstöße und die dabei erzeugte Materie ist, blickt bereits gespannt in die Zukunft und auf das weltweit einmalige Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht: „HADES wird auch künftig viel zur Erforschung von Atomkernen und ihrer Bausteine beitragen und bei FAIR ein wichtiger Teil des Experiments für verdichtete Kernmaterie CBM (Compressed Baryonic Matter) sein. Dort werden Forscherinnen und Forscher unter anderem Vorgänge in Neutronensternen mit nie da gewesener Präzision und über einen sehr weiten Dichtebereich untersuchen können.“
Die vom HADES-Detektor im Rahmen der nun vorgelegten Studie beobachtete elektromagnetische Strahlung wird durch virtuelle Photonen herbeigeführt. Diese existieren für einen Moment und zerfallen rasch in ein Leptonen-Paar (Dilepton), beispielsweise ein Elektron und ein Positron. Da Leptonen keine starken Wechselwirkungen aufweisen, ist das dichte hadronische Medium nahezu transparent für diese Strahlung. Dennoch wird es während des gesamten Ablaufs der Reaktion produziert und fungiert als wichtige Sonde für die mikroskopischen Eigenschaften des dichten und heißen Mediums, das bei der Kollision entsteht. Aus der Spektralverteilung der Strahlung lässt sich ableiten, dass die Materie Temperaturen über 70 Megaelektronenvolt (800 Giga Kelvin) und Dichten von einem Dreifachen der Kernsättigungsdichte erreicht haben muss.
Tatsächlich ähneln die Dichten und Temperaturen in der Kollisionszone solcher Schwerionenreaktionen den Bedingungen in Neutronenstern-Fusionsprozessen. Seit dem Nachweis von Gravitationswellen und elektromagnetischer Strahlung, die von diesen Giga-Novae-Ereignissen in einem weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgestrahlt werden, wird angenommen, dass solche Fusionsvorgänge die kosmischen Küchen für die Synthese schwerer Kerne sind. Ein wichtiger Beitrag zu entsprechenden theoretischen Untersuchungen ist die sogenannte Zustandsgleichung von Materie unter extremen Bedingungen. Mit Schwerionenreaktionsexperimenten bei relativistischen Energien sind einige der relevanten Eigenschaften nun im Labor zugänglich.
Ein Vorteil der Detektion virtueller Photonen gegenüber realen Photonen ist die Tatsache, dass sie zusätzliche Informationen enthalten. Dies ermöglicht es, eine Lorentz-invariante Größe zu rekonstruieren, die – unabhängig von der relativen Geschwindigkeit des emittierenden Systems – den gleichen Wert hat in Bezug auf das Laborumfeld. Da Energie und Impuls während des gesamten Prozesses erhalten bleiben, ist diese invariante Masse identisch mit der Masse des hadronischen Systems, das das virtuelle Photon zuerst emittiert hat. Daher erlaubt diese Strahlung buchstäblich einen Blick in die heiße und dichte Interaktionszone.
Ein überraschendes Ergebnis dieses HADES-Experiments war die Erkenntnis, dass die Photonen sehr wahrscheinlich von so genannten Vektor-Mesonen erzeugt werden, die aufgrund der dichten Umgebung, in die sie eingebettet sind, eine starke Veränderung erfahren. Die rekonstruierte invariante Massenverteilung der virtuellen Photonen, die bemerkenswert gleichmäßig nahezu exponentiell abfällt, deutet darauf hin, dass die vermittelnden mesonischen Zustände (die ρ-Mesonen) in der dichten Materie tatsächlich nahezu aufgelöst sind. Eine ähnliche Veränderung der Eigenschaften des ρ-Vektormesons wird erwartet, wenn die spontan gebrochene chirale Symmetrie wiederhergestellt wird. Die dynamische Brechung dieser Symmetrie ist eine grundlegende Eigenschaft der QCD (Quantenchromodynamik), der Theorie der starken Wechselwirkung, und erklärt beispielsweise die Existenz der ungewöhnlich leichten Mesonen wie dem Pion. Der Grad der chiralen Symmetriebrechung steuert somit, wie Nukleonen miteinander wechselwirken.
Das HADES-Experiment ist das erste, das erfolgreich elektromagnetische Wärmestrahlung bei Kollisionen von Schwerionen bei Energien um 1 A GeV nun rekonstruieren konnte, wobei die Emission von virtuellen Photonen mit einer Masse von einigen hundert MeV/c2 ein durchaus seltener Prozess ist: Etwa drei Milliarden Gold-Gold-Kollisionen mussten aufgezeichnet und analysiert werden, um schließlich 20.000 virtuelle Photonen über ihren Zerfall in ein Elektronenpaar und mit Massen größer als 200 MeV/c2 zu rekonstruieren. (BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in Nature Physics (Englisch)
]]>Der Bundespolitiker, der auch Mitglied des Senats der Helmholtz-Gemeinschaft ist, informierte sich über den Stand des FAIR-Bauprojekts, einem der größten Vorhaben für die Spitzenforschung weltweit, sowie über die bisherigen Forschungserfolge und aktuelle Experimente. Nach einer einführenden Präsentation und Gelegenheit zur Diskussion konnte er bei einer Rundfahrt über das Baufeld die großen Fortschritte auf der Mega-Baustelle aus nächster Nähe besichtigen, von den ersten fertiggestellten Abschnitten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 bis zur Baugrube für den ersten der künftigen Groß-Experimentierplätze.
Anschließend erhielt Dr. Stefan Kaufmann bei einem Rundgang über den GSI- und FAIR-Campus Einblicke in die bestehenden Beschleuniger- und Forschungsanlagen. Er besuchte die Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten, in der vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, sowie den Experimentierspeicherring ESR und den Therapieplatz zur Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen. Dabei wurde deutlich, dass zusätzlich zum großen Baufortschritt auch die Spitzenforschung und die Hightech-Entwicklungen für das Mega-Projekt FAIR sehr aktiv im Gange sind. (BP)
]]>Zur Vorbereitung dieser Zusammenarbeit hatte das Team des FAIR-Subprojekts SIS100/SIS18 zunächst verschiedene Optionen und Standorte verglichen. Eine gute Basis dabei war auch eine breiter angelegte Grundsatzerklärung („Memorandum of Understanding,“ MoU) für wissenschaftliche Zusammenarbeiten zwischen Deutschland und Italien. Der nun von GSI/FAIR und INFN unterzeichnete Kollaborationsvertrag ist ein wichtiger Bestandteil der technischen Abnahme der Quadrupolmodule, die bei der Firma Bilfinger Noell in Würzburg integriert werden.
Die Hightech-Module für den großen FAIR-Ringbeschleuniger sind das Ergebnis einer komplexen internationalen Produktion: Dafür werden zunächst maßgeschneiderte, supraleitende Quadrupoleinheiten, bestehend aus verschiedenen Fokussier- und Korrekturmagnettypen, in Russland produziert und anschließend nach Deutschland geschickt. Dort werden sie mit weiteren, durch GSI beschafften Komponenten zusammengebracht und zu ganzen Modulen für den FAIR-Ringbeschleuniger zusammengesetzt.
Mehr als 80 dieser integrierten Quadrupolmodule werden anschließend von Würzburg aus zur „National Facility for Superconducting Systems (NAFASSY)“ im italienischen Salerno versandt und dort an einer speziell für diesen Prozess umgebauten kryogenen Testeinrichtung bei der endgültigen Betriebstemperatur von -270 Grad kalt getestet. Gegenstand des Kalttestes sind vor allem die bei Bilfinger Noell durch die Integration neu entstandenen Teilsysteme wie beispielsweise die Stromkreise der Korrekturmagnete, das UHV-System (Ultrahochvakuum) und die thermomechanischen Eigenschaften des Kryostatsystems selbst.
Die Zusammenarbeit am Standort Salerno, der für diese Aufgaben wegen der bereits vorhanden technischen Ausstattung gut geeignet ist, soll über mehrere Jahre andauern, bis alle Quadrupolmodule für den SIS100-Ringbeschleuniger gefertigt, abgenommen und nach und nach im Tunnel auf der FAIR-Baustelle aufgebaut sind. (BP)
]]>In einem einführenden Vortrag erhielt Ministerin Dorn Informationen zu den bestehenden Beschleunigeranlagen und Experimenten von GSI sowie zu den bisherigen Forschungserfolgen. Auch über die Planungen und den Baufortschritt des internationalen Beschleunigerzentrums FAIR erfuhr sie weitere Hintergründe. Auf einer anschließenden Bustour über die FAIR-Baustelle konnte sie die Arbeiten selbst in Augenschein nehmen. Auf dem FAIR/GSI-Campus führte der Besuch sie anschließend noch zum Behandlungsplatz für Tumortherapie mit Kohlenstoffionen und zum Großdetektor HADES. Die Ministerin zeigte sich sehr interessiert an den Forschungsergebnissen und beeindruckt von den einmaligen wissenschaftlichen Möglichkeiten und der Komplexität des FAIR-Bauprojekts. Auf Twitter kommentierte die Ministerin: „Wenn man nur noch in Rekorden sprechen kann und die menschliche Vorstellungskraft an seine Grenzen kommen kann – Faszination Teilchenbeschleunigung beim Besuch inklusive Baustellenrundgang“ (CP)
Jedes Jahr bietet das Summer Student Program den Teilnehmerinnen und Teilnehmern einen Einblick in die Forschung an einem Teilchenbeschleuniger. Jeder Sommerstudierende arbeitet in einer Forschungsgruppe an einem kleinen wissenschaftlichen oder technischen Projekt aus dem laufenden Forschungsbetrieb. Die Thematik reicht dabei von der Plasmaphysik über Tumortherapie 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, stehen dabei im Mittelpunkt.
Viele Studierende, die vor allem aus europäischen und asiatischen Ländern kommen, kommen nach dem Summer Student Program für eine Master- oder Doktorarbeit bei GSI und FAIR zurück nach Darmstadt. Bereits zum 39. Mal findet das Summer Student Program statt, das in Zusammenarbeit mit der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert wird. Neben wissenschaftlichen Veranstaltungen stehen auch Grillpartys, ein Fußball-Turnier und Unternehmungen in der Region auf dem Programm. In begleitenden Vorlesungen werden das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt. Die Vorträge werden auf Englisch gehalten, sind öffentlich und können von jedem Interessierten besucht werden. (LW)
Bernd Reuther ist Abgeordneter aus dem Wahlkreis Wesel I und Mitglied im Bundestagsausschuss für Verkehr und digitale Infrastruktur, außerdem Mitglied des Landesvorstandes der FDP Nordrhein-Westfalen und Kreisvorsitzender der FDP Kreis Wesel.
Nach einer einführenden Präsentation und Gelegenheit zur Diskussion konnte Bernd Reuther bei einer Rundfahrt über das Baufeld den großen Fortschritt auf der FAIR-Baustelle aus nächster Nähe besichtigen, von den ersten fertiggestellten Tunnelabschnitten für den großen Ringbeschleuniger SIS100 und den Arbeiten für das zentrale Kreuzungsbauwerk bis zur Baugrube für das künftige Groß-Experiment CBM.
Auch die Besichtigung der Testeinrichtung für supraleitende Beschleunigermagneten, in der vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, stand auf dem Programm. Dabei wurde deutlich, dass zusätzlich zum großen Baufortschritt auch die Hightech-Entwicklungen für das Mega-Projekt FAIR bereits in vollem Gang sind. (BP)
]]>Claudia Fournier, die bei GSI das Forschungsfeld „Immunmodulation und Gewebeeffekte (nach Schwerionenbestrahlung)“ leitet, war Mitglied der deutschen Delegation für die diesjährige UNSCEAR-Sitzung. UNSCEAR (United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation) ist der Wissenschaftliche Ausschuss der Vereinten Nationen, dessen Berichte der Internationale Strahlenschutzkommission (International Commission on Radiological Protection, ICRP) als wissenschaftliche Grundlage für ihre Empfehlungen zum Schutz vor ionisierender Strahlung dienen. (BP)
]]>Neben Gesprächen mit den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von FAIR und GSI hielt Oganesjan auch das traditionelle Dienstagskolloquium. Vor einem voll besetzen Hörsaal sprach er anlässlich des 150-jährigen Jubiläums des Periodensystems der Elemente über dessen Entwicklung und insbesondere über die Anstrengungen zur Erweiterung durch die Erzeugung superschwerer Elemente. Zahlreiche Rückfragen ließen das große Interesse des Publikums an der Thematik erkennen. Oganesjan ist FAIR und GSI seit dem Aufbau von GSI in den 70er Jahren wissenschaftlich und freundschaftlich verbunden. Insbesondere bei den Bemühungen zur Erzeugung von neuen chemischen Elementen gab und gibt es einen regen Austausch zwischen den Forscherinnen und Forschern bei FAIR/GSI und am JINR.
Oganesjans Arbeitsschwerpunkte sind neben der Synthese und Untersuchung der schweren Elemente die Entwicklung von Ionenbeschleunigern und Methoden zur Erforschung von Kernreaktion. Er entwickelte neue Ideen zur Herstellung der Elemente 102 bis 118 und setzte diese erfolgreich bei der Entdeckung vieler neuer Elemente ein. Zuletzt konnte im Oktober 2006 das Element mit der Ordnungszahl 118 durch seine Forschergruppe nachgewiesen werden. Zehn Jahre später im Jahr 2016 wurde deshalb von den beteiligten Forschergruppen der Name Oganesson (chemisches Symbol Og) für dieses Element vorgeschlagen und in Folge offiziell zuerkannt. Oganesjan ist damit nach Glenn T. Seaborg erst der zweite Mensch, nach dem zu Lebzeiten ein Element benannt wurde. (CP)
In einem Einführungsvortrag mit anschließender Diskussion gaben Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von FAIR und GSI, Ursula Weyrich, Administrative Geschäftsführerin von FAIR und GSI, und Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von FAIR und GSI, Auskunft über die Forschung an den bestehenden GSI-Anlagen sowie über die Ziele und den Status des FAIR-Projekts. In einer anschließenden Rundfahrt über das FAIR-Baufeld konnten die Gäste den Baufortschritt vor Ort ansehen und insbesondere die Arbeiten am Transfergebäude und an den Tunnelsegmenten in Augenschein nehmen.
Darauffolgend besuchten sie auf dem FAIR/GSI-Campus den Teststand für die supraleitenden Magnete des FAIR-Ringbeschleunigers SIS100, die im Betrieb auf minus 269°C heruntergekühlt werden. Am Großdetektor HADES informierten sie sich über den Detektortechnologie sowie über die am Messaufbau durchgeführte Forschung. Besonderes Augenmerk lag dabei auf der aufwändigen Datennahme, -speicherung und -analyse großer Mengen von Messdaten. (cp)
]]>Unter allen Teilnehmenden verlosen wir zehn unserer Tassen „Das Universum im Labor“ (Versand nur innerhalb Deutschlands). Die Fotos mit den meisten Stimmen werden wir Ende des Jahres in einer internen Fotoausstellung im KBW-Foyer präsentieren und natürlich auch auf unserer Webseite und über unsere Social-Media-Kanäle kommunizieren.
Die Aktion läuft bis zum 31. August 2019. Sie finden alle Informationen, die Teilnahmebedingungen und das Teilnahmeformular unter www.gsi.de/lieblingsbild
Wir sind gespannt auf Ihre Auswahl. (cp)
]]>Nach einer Präsentation zu GSI und dem zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR gab es Gelegenheit zum Austausch unter anderem über die strategischen Ziele für FAIR und GSI. Danach stand eine Besichtigung der bestehenden Forschungseinrichtungen und der FAIR-Baustelle auf dem Programm.
Bei einer Rundfahrt über die FAIR-Baustelle konnte Ayse Asar die Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Areal persönlich in Augenschein nehmen, beispielsweise die ersten Tunnel-Abschnitte für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100, die laufenden Arbeiten für das Kreuzungsbauwerk, den zentralen Knotenpunkt für die Strahlführungen, und die Baugrube für das künftige Groß-Experiment CBM. Bei der anschließenden Besichtigung der Testeinrichtung für die supraleitenden Magnete des FAIR-Ringbeschleunigers SIS100 wurde deutlich, dass auch die Hochtechnologie-Entwicklungen für das Mega-Projekt FAIR bereits in vollem Gange sind. (LW)
]]>Um die zukünftige biophysikalische Forschung an FAIR und an anderen großen Beschleunigeranlagen zu vernetzen, zu koordinieren und insgesamt zu stärken fand bei GSI und FAIR das erste Treffen der „International Biophysics Collaboration“ statt. Begrüßt wurden die Teilnehmerinnen und Teilnehmer von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sowie von Professor Karlheinz Langanke, Forschungsdirektor von GSI und FAIR, und Professor Marco Durante, Leiter der Biophysik-Abteilung.
„Wir sind stolz auf den Erfolg dieses ersten Treffens der neuen internationalen Biophysik-Kollaboration“, sagte Giubellino. „FAIR wird der internationalen Biophysik-Community mit besonders hohen Energien und Intensitäten ganz neue Experimentiermöglichkeiten eröffnen. Die zahlreiche und rege Teilnahme an dem Treffen zeigt, wie wichtig das jetzt schon begonnene Forschungsprogramm FAIR-Phase 0 ist, im Hinblick auf die späteren einzigartigen Forschungsmöglichkeiten an der im Bau befindlichen Anlage FAIR. Als User-Facility ist es unsere Mission, den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Zukunft die Möglichkeit für exzellente Forschung bieten. Die Rückmeldungen aus der Wissenschaftscommunity sind das beste Maß für die Qualität unserer Arbeit.“
„Wir sind begeistert von dem großen Interesse der Community am ersten Treffen der International Biophysics Collaboration“, so Durante. „Aus 27 Ländern auf allen fünf Kontinenten sind Teilnehmerinnen und Teilnehmer angereist. Der Beginn der FAIR-Experimente mit FAIR-Phase 0 ist für uns der Anlass, um aus der bereits bestehenden Zusammenarbeit der User-Gruppen eine feste Kollaboration zu gründen. FAIR bietet der Biologie, der Medizin und der Raumfahrtforschung ganz neue Möglichkeiten. An den anderen neuen Anlagen, die sich gerade in Europa, Asien und den USA im Bau befinden, werden ebenfalls Forschungsprogramme in biomedizinischen Anwendungen entwickelt. Sie vernetzen sich deshalb in der FAIR-Kollaboration. In gemeinsamer Koordination wollen wir neue Forschungsprogramme und -instrumente für die Zukunft entwickeln.“
Einer der ersten Sprecher war Astronaut Reinhold Ewald: „Für eine Mission zum Mars ist noch Forschung in vielen Bereichen nötig. Wie verändern sich z.B. die Vitamine in der Astronautennahrung, wenn sie lange Zeit der Weltraumstrahlung ausgesetzt sind? Ich als Astronaut würde nur in die Rakete steigen, wenn vorher alle biologischen und physiochemischen Systeme unter möglichst realen Bedingungen auf der Erde getestet wurden. Es scheint so, als wäre das mit FAIR möglich“, sagte Ewald, der auch Professor am Institut für Raumfahrtsysteme an der Universität Stuttgart ist.
Zu den Highlight-Speakern gehörten außerdem Professor Gerhard Kraft, der die Kohlenstoff-Ionentherapie nach Europa gebracht und die Biophysikabteilung bei GSI gegründet hat, Professor Thomas Haberer, Wissenschaftlich-technische Leitung am Heidelberger Ionenstrahltherapiezentrum HIT und Professor Jürgen Debus, Ärztlicher Direktor der Klinik für Radioonkologie und Strahlentherapie und Wissenschaftlich-medizinische Leitung am HIT. „Die langjährige Kooperation mit GSI wollen wir auch im Rahmen der FAIR-Forschung fortführen“, sagte Debus. „Sowohl die Biophysik als auch die Beschleunigerphysik bieten neue Technologien, die für klinische Anwendung interessant sind. Die große und internationale Resonanz beim ersten Treffen der International Biophysics Collaboration zeigt das Potential der biomedizinischen Anwendungen von Ionenstrahlen und spricht für die neue Kollaboration.“
Die internationalen Gäste sahen in dem Treffen eine Chance für neue Ideen und Zusammenarbeit. Prof. Vincenzo Patera von der Universität Rom, gewählter Sprecher der Kollaboration, sagte: „In der biophysikalischen Forschung brauchen wir ein umfassendes Netzwerk, das es vereinfacht Informationen auszutauschen, gemeinsam Fördermittel zu beantragen und Studierenden mehr Flexibilität bietet. Die neue International Biophysics Collaboration kann hierbei eine entscheidende Rolle spielen und die Koordination der vielen kleineren Forschungsgruppen verbessern.“
Die Kollaboration soll über FAIR hinaus die Zusammenarbeit fördern und auch Experimente an andere neuen Teilchenbeschleunigern (NICA, RAON, FRIB, SPIRAL2, SPES, SEEIIST, ELI) umfassen. Dr. Sanja Damjanovic, Wissenschaftsministerin von Montenegro, präsentiert auf der Konferenz eine der neu geplanten Anlagen, das South East European International Institute for Sustainable Technologies (SEEIIST): „SEEIIST ist eine Anlage für Tumortherapie und biomedizinische Forschung, die zu 50% für Patientenbehandlung und zu 50% für Forschung genutzt werden soll. Unser Ziel ist es Studierenden und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Ländern von Slowenien bis Griechenland eine regionale Möglichkeit für exzellente Forschung zu bieten.“
Das Treffen der International Biophysics Collaboration soll in Zukunft regelmäßig stattfinden. (LW)
Link to the paper on Physics Reports: Durante M., Golubev A., Park W.-Y., Trautmann C., Applied nuclear physics at the new high-energy particle accelerator facilities. Phys. Rep. 800 (2919) 1-38
]]>„Ich fühle mich sehr geehrt und freue mich über die Aufnahme in die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften“, sagt Blaum. Aufgrund seiner exzellenten wissenschaftlichen Leistungen und seinem hohen Ansehen auf internationalem Niveau, wurde er in die Physik-Klasse der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften gewählt. „Das ist eine persönliche Auszeichnung, die aber für die Leistung meiner gesamten Abteilung am Max-Planck-Institut für Kernphysik anzusehen ist“, sagt Blaum. „Nur durch die herausragenden Leistungen meines Teams, das exzellente wissenschaftliche Arbeit leistet, gehören wir auf unserem Forschungsgebiet zur Weltspitze. Dies war wegbegründend für meine Auszeichnung. Ich nehme sie daher stellvertretend für meine ganze Arbeitsgruppe entgegen.“
Die Aufnahme fand bei der Generalversammlung der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften in Stockholm im Februar 2019 statt. Im FAIR-GSI Joint Scientific Council sitzen damit nun zwei Mitglieder der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften: Auch Eva Lindroth, Professorin an der Stockholm Universität, ist Mitglied.
Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften wurde 1739 gegründet und ist eine unabhängige Nicht-Regierungsorganisation. Ihr Ziel ist es, Wissenschaft zu fördern und ihren Einfluss auf die Gesellschaft zu stärken, indem sie auf wichtige soziale Fragen aufmerksam macht, sie wissenschaftlich untersucht und die Ergebnisse kommuniziert. Außerdem tritt sie als Verfechter mit wissenschaftlichem Hintergrund und auf internationaler Ebene für nachhaltige Entwicklung ein, um globale Fragestellungen in Kooperation zu bearbeiten. Die Akademie besteht aus rund 460 schwedischen und 175 ausländischen Mitgliedern, die zusammen die führende wissenschaftliche Expertise des Landes repräsentieren.
Klaus Blaum studierte Physik an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Nach der Promotion in Mainz wechselte er als Postdoktorand des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt an das Europäische Kernforschungszentrum CERN in Genf. 2004 bis 2007 leitete er eine Helmholtz-Forschungsgruppe in Mainz, wo er sich 2006 habilitierte. Im Jahr 2007 wurde er mit nur 35 Jahren als Direktor der Abteilung „Gespeicherte und gekühlte Ionen“ an das Max-Planck-Institut für Kernphysik nach Heidelberg berufen. Für seine bahnbrechenden Arbeiten erhielt er eine Reihe von Preisen, darunter den Gustav-Hertz-Preis 2004 der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, den Mattauch-Herzog-Preis 2005 der Deutschen Gesellschaft für Massenspektrometrie, 2012 den Helmholtzpreis für Präzisionsmessung, 2013 den G.N. Flerov-Preis und 2016 den Lise Meitner Award des Physik-Zentrums Göteborg. Außerdem wurde er 2008 zum Fellow der American Physical Society. (LW)
]]>Christoph Meyer nutzte den Besuch in Darmstadt, um sich persönlich über den Fortschritt des Mega-Projekts FAIR zu informieren und die Baustelle zu besichtigen: von den ersten fertiggestellten Rohbauabschnitten des Tunnels für den großen Ringbeschleuniger SIS100 bis zu den Arbeiten am zentralen Kreuzungsbauwerk und zur Baugrube des zukünftigen Groß-Experimentierplatzes CBM. Informationen gab es auch über die FAIR-Projektorganisation und die Baustellenlogistik.
Anschließend konnte Christoph Meyer, der von seinem Referenten Marcel Schwemmlein begleitet wurde, bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus erhalten. Er besuchte unter anderem den Teststand für supraleitende Magnete für den Beschleunigerring SIS100 sowie den Experimentier-Speicherring ESR und den Großdetektor HADES. Auch der Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen gehörte zu den Stationen des Besuchs. (LW)
]]>Die drei klassischen Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig lassen sich in jeder normalen Küche beobachten, wenn man beispielsweise einen Eiswürfel zum Kochen bringt. Doch erhitzt man Materie noch weiter, so dass die Atome eines Stoffes zusammenstoßen und sich dadurch die Elektronen von ihnen abtrennen, dann erreicht man einen weiteren Zustand: Plasma. Über 99 Prozent der Materie im Weltall liegt in dieser Form vor, so etwa im Inneren von Sternen. Kein Wunder also, dass Physiker ein großes Interesse daran haben, solche Materie zu untersuchen. Doch Plasmen mit hoher Temperatur und Druck wie in den Sternen auf der Erde zu erzeugen und zu erforschen, ist aus verschiedenen Gründen alles andere als einfach. Ein Forscherteam unter Beteiligung von GSI und des Helmholtz-Instituts Jena, einer Außenstelle von GSI, hat nun an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena eine neue Methode entwickelt, mit der einige der Probleme während der Plasmaproduktion in den Griff zu bekommen sind. Über die Ergebnisse berichten sie im renommierten Forschungsjournal „Physical Review X“.
„Um Materie so erhitzen zu können, dass sich ein Plasma bildet, brauchen wir entsprechend hohe Energie. In der Regel nutzen wir dazu Licht in Form eines großen Lasers“, erklärt Christian Spielmann von der Universität Jena. „Dieser muss aber sehr kurz gepulst sein, damit die Materie nicht sofort expandiert, wenn sie die entsprechende Temperatur erreicht hat, sondern für einen kurzen Zeitraum als dichtes Plasma zusammenhält.“ Bei diesem Versuchsaufbau trete aber ein Problem auf: „Wenn der Laser auf die Probe trifft, entsteht zwar ein Plasma. Dieses reagiert aber sofort wie ein Spiegel und reflektiert einen Großteil der eintreffenden Energie, die somit nicht in die komplette Materie durchdringt. Je länger die Wellenlänge vom Laserimpuls ist, desto kritischer wird das Problem“, sagt Zhanna Samsonova, die federführend am Projekt beteiligt war.
Um diesen Spiegeleffekt zu vermeiden, haben die Jenaer Forscher Proben aus Siliziumdrähten verwendet, deren Durchmesser mit einigen hundert Nanometern kleiner ist als die Wellenlänge des eintreffenden Lichts, die etwa vier Mikrometer betrug. „Wir haben erstmals einen solch langwelligen Laser bei der Plasmaanregung zum Einsatz gebracht“, sagt Spielmann. „Das Licht dringt zwischen den Drähten in die Probe ein und erhitzt diese von allen Seiten, so dass für wenige Pikosekunden ein Plasma über ein wesentlich größeres Volumen entsteht, als wenn der Laser reflektiert worden wäre. Etwa 70 Prozent der Energie gelangt in die Probe.“ Dank des kurzen Laserpulses besteht das erhitzte Material zudem ein wenig länger, bevor es expandiert. Mithilfe von Röntgenstrahlspektroskopie können die Wissenschaftler schließlich wertvolle Informationen über den Zustand des Materials sammeln.
„Mit unserer Methode lassen sich in einem Labor neue Höchstwerte in Temperatur und Dichte erreichen“, sagt Spielmann. Das Plasma sei mit etwa zehn Millionen Kelvin weitaus heißer als etwa Material an der Oberfläche der Sonne. Der Jenaer Physiker verweist zudem auf die Kooperationspartner innerhalb des Projektes: Für die Laserexperimente nutzten die Jenaer Experten eine entsprechende Einrichtung an der TU Wien, die Proben stammen von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, Computersimulationen zur Bestätigung der Erkenntnisse stammen von Kollegen aus Darmstadt und Düsseldorf.
Die Ergebnisse der Jenaer Physiker sind ein bahnbrechender Erfolg, bieten sie der Plasmaforschung doch ganz neue Voraussetzung. Theorien zum Zustand von Plasma können direkt durch Experimente und daran anschließende Computersimulationen verifiziert werden. Kosmologische Vorgänge lassen sich so besser verstehen. Außerdem leisten die Wissenschaftler wertvolle Vorarbeiten für die Installation von Großgeräten. So entsteht etwa in Darmstadt derzeit der internationale Teilchenbeschleuniger „Facility for Antiproton and Ion Research“ (FAIR), der etwa 2025 in Betrieb gehen soll. Dank der Informationen lassen sich Bereiche herausfiltern, auf die ein genauerer Blick lohnt. (FSU/CP)
Durante wirkt innerhalb der ICRP nun in der Task Group 115 zum Thema Risiko- und Dosisabschätzung für den Strahlenschutz von Astronauten mit. Das Ziel ist es, Empfehlungen für die Raumfahrtorganisationen (inklusive NASA, ESA, JAXA sowie kanadischen, russischen und chinesischen Organisationen) für Dosisgrenzwerte der Astronauten in Explorationsmissionen zur Verfügung zu stellen. Aktuell wenden verschiedenen Raumfahrtorganisationen unterschiedliche Gesamt- oder missionsspezifische Grenzwerte an, was eine internationale Mission zu Mond oder Mars fast unmöglich macht. (cp)
Der Ursprung der Masse, die Eigenschaften der Bausteine der Materie und deren Wechselwirkung bei der Entstehung unseres Universums – mit grundsätzlichen Fragestellungen wie diesen beschäftigen sich mehrere Arbeitsgruppen der Physikalischen Institute an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). Ihre Forschung zu diesen Themen fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen mehrerer Verbundforschungsvorhaben mit insgesamt rund sechs Millionen Euro.
Atomare und subatomare Teilchen und ihre Wechselwirkungen stehen im Mittelpunkt des
BMBF-Verbundforschungsprogramms „Physik der kleinsten Teilchen“. Das Programm ist eingebettet in das BMBF-Rahmenprogramm ErUM (Erforschung von Universum und Materie). Beteiligt sind Arbeitsgruppen an der JLU und an weiteren deutschen Universitäten, die an den vom BMBF (mit)finanzierten nationalen und internationalen Großforschungseinrichtungen zur Physik der kleinsten Teilchen forschen.
Die Arbeitsgruppen aus den Physikalischen Instituten der JLU engagieren sich insbesondere bei der derzeit bei Darmstadt im Bau befindlichen internationalen Forschungseinrichtung FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), wo in naher Zukunft modernste leistungsfähige Teilchenbeschleuniger, Ionenspeicherringe und Teilchendetektoren neuartige hochpräzise Einblicke in die Struktur und das Verhalten von elementaren Teilchen und Materie unter extremsten Bedingungen gestatten werden. Solche sehr hohen Temperaturen oder Drücke herrschten kurz nach dem Urknall oder treten bei Sternexplosionen und Kollisionen von Neutronensternen auf. Für den Aufbau und für die Durchführung von Experimenten bei FAIR sowie für theoretische Untersuchungen erhalten die Gießener Arbeitsgruppen bis Mitte des Jahres 2021 rund 5,3 Millionen Euro aus dem BMBF-Verbundforschungsprogramm „Physik der kleinsten Teilchen“.
Mit weiteren 0,7 Millionen Euro fördert das BMBF Gießener Beiträge zum japanischen BELLE-II-Experiment, an dem exotische Elementarteilchen erzeugt und untersucht werden, sowie zum ATLAS-Experiment am weltweit größten Teilchenbeschleuniger LHC des internationalen Forschungszentrums CERN in Genf.
Das Forschungsprogramm an FAIR wird von den vier Säulen APPA (Atomic and Plasma Physics and Applications), CBM (Compressed Baryonic Matter), NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions) und PANDA (Antiproton Annihilation in Darmstadt) getragen. Die Gießener Physik ist in allen vier Forschungssäulen aktiv.
Im Rahmen von APPA entwickelt die Arbeitsgruppe Atom- und Molekülphysik (I. Physikalisches Institut, Apl. Prof. Dr. Stefan Schippers) einen intensiven Elektronenstrahl für Präzisionsmessungen an Schwerionen im FAIR-Ionenspeicherring CRYRING zur hochgenauen Überprüfung quantentheoretischer Vorhersagen. Überdies koordiniert die Gießener Atom- und Molekülphysik den Verbund aller an APPA beteiligten deutschen Universitätsgruppen.
Die Untersuchung von Kernen weitab der Stabilität wird in der NUSTAR-Säule vorangetrieben, an der die Gießener Physik mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Christoph Scheidenberger (II. Physikalisches Institut) beteiligt ist und hochpräzise Detektoren baut.
Für das PANDA-Experiment, das exotische hadronische Zustände mit weltweit einzigartiger Präzision vermessen wird, ist die Gießener Physik mit zwei Arbeitsgruppen an der Entwicklung und dem Bau von drei Subdetektoren beteiligt. Die Gruppe um Prof. Dr. Kai-Thomas Brinkmann (II. Physikalisches Institut) baut das elektromagnetische Kalorimeter sowie einen Mikro-Vertex-Detektor, die Gruppe um Prof. Dr. Michael Düren (II. Physikalisches Institut) einen speziellen DISC-DIRC-Detektor.
Das CBM-Experiment wird hochdichte Materie untersuchen, ähnlich wie sie in der Kollision von Neutronensternen oder schwarzen Löchern erzeugt wird. Hier entwickelt und baut die Gruppe von Prof. Dr. Claudia Höhne (II. Physikalisches Institut) einen RICH-Detektor, für spezielle materialtechnische Aspekte besteht eine Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Michael Dürr (Institut für Angewandte Physik). Ein Teil dieser RICH-Entwicklung kommt bereits jetzt in dem derzeit laufenden HADES-Detektor im GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt zum Einsatz.
Das starke Engagement für den Bau von Detektoren an FAIR wird abgerundet durch Gießener Beteiligungen an anderen Forschungsanlagen weltweit, wie dem CERN (ATLAS-Experiment, Prof. Dr. Michael Düren, AR Dr. Hasko Stenzel) in der Schweiz oder dem KEK (BELLE-II-Experiment, Prof. Dr. Claudia Höhne, PD Dr. Jens-Sören Lange) in Japan.
Auf Basis der Theorie der starken Wechselwirkung berechnen die Gruppen von Prof. Dr. Christian Fischer, PD Dr. Bernd-Jochen Schaefer und Prof. Dr. Lorenz von Smekal am Institut für Theoretische Physik mit modernen numerischen Verfahren und aufwendigen Simulationen die Eigenschaften von Hadronen und hadronischer Materie unter extremen Bedingungen, um auf diese Weise theoretische Vorhersagen für die PANDA- und CBM-Experimente machen zu können. (JLU/CP)
Ein wichtiger Teil der Reise war ein Besuch des Bose-Instituts in Kalkutta, das als indischer Gesellschafter der FAIR GmbH fungiert. Giubellino traf den neuen Direktor des Bose-Instituts Professor Uday Bandyopadhyay, der das Amt von Professor Sibaji Raha (Vorsitzender des FAIR Joint Scientific Council und Repräsentant der indischen Council-Delegation) übernommen hat. Sie diskutierten den aktuellen Stand des FAIR-Projekts und Giubellino informierte ihn über den stetigen Fortschritt in den vier Experimentsäulen von FAIR. Das Treffen in Kalkutta beinhaltete auch ein Gespräch mit Subhasish Chattopadhyay, dem Programmdirektor des Indo-FAIR Coordination Centre des Bose-Instituts, und Professor Sanjay Ghosh vom Bose-Institut über Vertragsangelegenheiten für In-Kind-Beiträge. Im Anschluss hielt Giubellino einen Vortrag über FAIR an der Universität Kalkutta.
Die Delegation besuchte auch die Electronics Corporation of India Ltc. (ECIL) in Secunderabad (nahe Hyderabad). Als einer der indischen Lieferanten für FAIR produziert die Firma rund 750 Stromrichter für die Magnete der Hochenergiestrahlführung (HEBT), des Ringbeschleunigers SIS100 sowie des Supraleitenden Fragmentseparators (Super-FRS) von FAIR. Die Gruppe nahm das Testlabor für die Stromrichter sowie eine Vielzahl bereits fertiggestellter und auslieferungsbereiter Komponenten vor Ort in Augenschein und führte Gespräche zur Fortsetzung der erfolgreichen Kooperation.
Neben dem Austausch mit den FAIR-Partnern gehörte die feierliche Eröffnung der Wissenschaftsausstellung „Vigyan Samagam“ (dt. Zusammenkunft der Wissenschaft) zum Programm des Besuchs. Im Rahmen der Ausstellung traf Giubellino mehrere indische Regierungsvertreter, unter anderem Professor Ashutosh Sharma, Leiter des Department of Science and Technology (DST), und Dr. Kamlesh Nilkanth Vyas, Leiter des Department of Atomic Energy (DEA). Ein weiterer Höhepunkt von Giubellinos Reise nach Mumbai war ein Treffen mit Professor Krishnaswamy VijayRaghavan, dem Principal Scientific Advisor der indischen Regierung. Er äußerte seine Unterstützung für die Beteiligung von Indien an FAIR und freute sich darauf, FAIR in naher Zukunft zu besuchen.
Die Wanderausstellung, die in mehreren indischen Großstädten zu sehen sein wird, informiert über große internationale Wissenschaftsprojekte, an denen sich Indien beteiligt. Sie enthält auch eine Sektion über FAIR und den indischen Beitrag zum Projekt, die auch Detektor- und Beschleunigerkomponenten beinhaltet. Insgesamt kollaborieren über 25 indische Wissenschaftsorganisationen und sieben indische Industriepartner mit FAIR. Vigyan Samagam ist bis zum 7. Juli 2019 in Mumbai zu sehen und wandert anschließend zu weiteren Stationen in Indien: Bengaluru vom 29. Juli bis 28. September 2019, Kalkutta vom 4. November bis 31. Dezember 2019, und schließlich Delhi vom 21. Januar bis 20. März 2019. An jeder Station wird einer der FAIR-Geschäftsführer eine Rede auf der Eröffnungszeremonie halten. (cp)
„Unsere Anstrengungen in den ersten 10 Jahren haben die dauerhafte Basis für herausragende wissenschaftliche Erfolge geschaffen. Es galt nicht nur, das erste Helmholtz-Institut überhaupt als Kooperation des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt und der Johannes-Gutenberg Universität Mainz zu beantragen und zu etablieren, es wurde ebenfalls ein hochmodernes Forschungsgebäude geplant und errichtet!“ erklärt Professor Kurt Aulenbacher, Direktor des Helmholtz-Instituts Mainz.
„Besonders wegen der Attraktivität der geschaffenen Infrastruktur konnte eine Gruppe von herausragenden Forscherinnen und Forschern engagiert werden, die das anfangs definierte, extrem ambitionierte Forschungsprogramm zusammen mit ihren Teams inzwischen mit großem Erfolg leiten“, ist die Überzeugung des HIM-Direktors.
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, erklärt zum zehnjährigen Bestehen des Helmholtz-Instituts Mainz: „Das HIM ist eines von zwei Helmholtz-Instituten, an denen GSI beteiligt ist und die unsere User-Community stärken und zu einzigartigen Möglichkeiten führen. Die Gründung vor zehn Jahren war ein entscheidender Schritt, mit dem wir unsere bereits sehr gute Kooperation auf eine solide institutionelle Basis gestellt haben, die es ermöglicht, optimal die Kompetenzen der Universität Mainz und GSI zu verbinden, um wissenschaftliche Ergebnisse auf Weltniveau zu liefern. Zugleich ist dies auch ein äußerst wichtiger Baustein für die exzellente Forschung, die wir am internationalen Beschleunigerzentrum FAIR betreiben können. Solche Verbindungen bringen Forschende aus aller Welt zusammen und ermöglichen äußerst fruchtbare Kollaborationen.“
Das Helmholtz-Institut Mainz (HIM) war 2009 als erstes von mittlerweile neun Instituten der Helmholtz-Gemeinschaft auf Initiative des Bundes gegründet worden, um die langjährige Kooperation zwischen GSI in Darmstadt und der Universität Mainz auszubauen und die Profilbildung der Hochschule zu unterstützen. Das HIM wird, wie bei Initiativen dieser Art üblich, von Bund zu 90% und dem Land Rheinland-Pfalz zu 10% finanziert, zudem stellt die JGU ihre technische Infrastruktur, wissenschaftliches und technisches Personal sowie Betriebsmittel, das Gesamtbudget liegt bei ca. 11 Millionen Euro jährlich.
„Helmholtz-Institute sind ein wertvolles Instrument, um langfristige strategische Partnerschaften zwischen einem Helmholtz-Zentrum, einer Universität und mitunter weiteren Partnern zu etablieren“, sagt Otmar D. Wiestler, der Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Damit entsteht eine hervorragende Grundlage für eine enge Zusammenarbeit auf einem zukunftsweisenden Forschungsfeld, in dem sich beide Partner ideal ergänzen - und somit auch für Spitzenforscher aus aller Welt interessant werden. Das HIM wurde im Juni 2009 als erstes Helmholtz-Institut gegründet. Die Außenstelle des GSI-Helmholtzzentrums auf dem Campus der Universität Mainz hat sich in dieser Zeit zu einem wichtigen Player bei der Erforschung starker physikalischer Wechselwirkungen entwickelt.“
Auch Wissenschaftsminister Prof. Dr. Konrad Wolf befürwortet diese neuartige Zusammenarbeit zwischen Zentren und Hochschulen: „Das Helmholtz Institut Mainz HIM ist mit seinen wissenschaftlichen Leistungen in der Grundlagenphysik eine international sichtbare, anerkannte Einrichtung der rheinland-pfälzischen Forschungslandschaft und ein Musterbeispiel für die gelungene Kooperation zwischen den Zentren der Helmholtz-Gemeinschaft und der Johannes Gutenberg-Universität“.
Das Helmholtz-Institut Mainz erforscht die starke Wechselwirkung, einer der vier fundamentalen Naturkräfte. Um das Thema aus verschiedenen Perspektiven zu beleuchten, ist das HIM in sechs Sektionen unterteilt. Einige dieser Sektionen widmen sich aktuellen und künftigen Experimenten, schwerpunktmäßig bei GSI und FAIR, eines der größten Forschungsprojekte weltweit. Andere HIM-Sektionen konzentrieren sich auf die Entwicklung neuer Beschleunigertechnologien oder arbeiten daran, die derzeit gültigen Theorien mit Hilfe von Supercomputern zu testen und zu verfeinern.
Die starke Wechselwirkung zählt zu den vier fundamentalen Naturkräften. Sie sorgt für die Bindung zwischen den Quarks und für den Zusammenhalt von Neutronen und Protonen, also den Grundbausteinen der Atomkerne. Die Experten des HIM untersuchen kurzlebige, aus Quarks zusammengesetzte Mesonen, analysieren den Aufbau des Protons und studieren die Eigenschaften superschwerer Atomkerne. Sie suchen nach neuen, hypothetischen Teilchen jenseits des Standardmodells, erarbeiten neue theoretische Denkmodelle und entwickeln zukunftsweisende Beschleunigertechnologien.
Hatte das Institut 2010 insgesamt 25 Mitarbeiter, ist es nun auf 135 angewachsen, die aus insgesamt 16 Nationen kommen. Mit diesem Personal und der aufgebauten hochwertigen Infrastruktur wurde die Basis geschaffen auf der die erwarteten herausragenden Forschungsresultate auch tatsächlich erzielt werden:
Viele Forschungsprojekte, oft in internationalen Verbünden, wurde in den vergangenen zehn Jahren erfolgreich abgeschlossen und Initiativen unterstützt:
Für ihre Arbeiten steht den Wissenschaftlern in Mainz eine moderne Infrastruktur zur Verfügung. So gibt es im 2017 eingeweihten Institutsneubau „Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie“ auf 8.000 qm neben hochwertigen Laser- und Chemielabors einen Reinraum, der beispielsweise für die Montage und Präparation von supraleitenden Beschleunigermodulen genutzt wird.
Seit 2016 haben die Landesregierung Rheinland-Pfalz, der Bund, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz und das Helmholtz Institut Mainz insgesamt 10,6 Millionen Euro in den neuen Hochleistungsrechner MogonII/HIMsterII investiert, der aufwändige Computer-simulationen erlaubt. Der Hochleistungsrechner befindet sich im neuen Maschinensaal des HIM Forschungsbaus und wird gemeinsam durch das Zentrum für Datenverarbeitung und das HIM betrieben. Mit seinen 2 Petaflops Gesamtrechenleistung steht den Forscher des HIM und der JGU so der derzeit schnellste Hochleistungsrechner an einer deutschen Hochschule zur Verfügung. (JL/HIM)
Vor kurzem besuchte eine Delegation mit dem Technischen Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, und Vertretern der FAIR-Projektleitung sowie der Teilprojekte Ringbeschleuniger SIS100/SIS18 und Fragmentseparator Super-FRS die Wroclaw University for Science and Technology (WUST) in Polen. Die Delegation, der auch die Subprojektleiter Peter Spiller (SIS100/SIS18) und Haik Simon (Super-FRS) sowie die Arbeitspaketleiter Thomas Eisel und Felix Wamers angehörten, traf sich mit Vertretern des polnischen Gesellschafters von FAIR, der Universität Breslau, zu denen Majka Zbigniew gehörte, sowie der Führungsspitze der ausfertigenden Breslauer Firma Kriosystem. Das Kickoff-Treffen markierte den Start der wichtigen Phase der Serienproduktion der Bypass-Leitungen für den SIS100.
Die Bypass-Leitungen, die um den ganzen Ring angeordnet sind, stellen den Transport des Kältemittels (flüssiges Helium, LHe) vorbei an wärmeren Beschleunigerkomponenten wie Hochfrequenzsystemen, Injektions- oder Extraktionssystemen sicher und dienen dazu, diese bei Raumtemperatur betriebenen Geräte in den geraden Strecken des SIS100 zu umgehen. So garantieren sie konstant die zum Betrieb der supraleitenden Magnete benötigte Kälte von -268,6 °C im gesamten Ringsystem und sind damit ein wesentlicher Bestandteil des lokalen Kryotechniksystems im SIS100.
Neben den LHe-Prozesslinien enthalten die Bypass-Leitungen die wichtigsten Magnetstromkreise (bestehend aus drei Quadrupol- und einer Dipolreihenschaltung). Sie stellen im Vergleich zu Standard-LHe-Transferleitungen große technische Herausforderungen dar. Nach einem Entwurf der für das Design verantwortlichen Universität WUST hat die Firma Kriosystem bereits die erste einer Serie (FoS, First of Series) von Bypass-Leitungen hergestellt und geliefert, die nach einem sorgfältigen SAT-Tests (Site Acceptance Tests) bei GSI in Darmstadt erfolgreich getestet und abgenommen werden konnte. Mit dem unterzeichneten Produktionsvertrag zwischen dem Anbieter WUST und der Firma Kriosystem wird nun die Serienproduktion von 27 solcher Bypass-Leitungen gestartet.
Neben diesen Bypass-Leitungen werden noch zwei weitere wichtige technische Systeme der hochspezialisierten Kältetechnik für den SIS100 als polnischer Sachbeitrag (Inkind) konzipiert und hergestellt: Die „Leadboxen“, Kammern mit Terminals zur Einspeisung des Stroms in das kryogene System, stellen die Verbindung zwischen den bei Raumtemperatur wassergekühlten Kupferkabeln und den supraleitenden Nuclotron-Kabeln des kryomagnetischen Systems her. Der Inkind-Vertrag für diese Leadboxen ist bereits unterzeichnet, das Design konnte inzwischen abgeschlossen werden. Für die so genannten „Feed-Boxen“ wurde bereits der Inhalt des Inkind-Vertrages vereinbart und der endgültige Signaturprozess gestartet.
Ein weiterer wichtiger polnischer FAIR-Beitrag ist am supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS) für die dortige Kältetechnik geplant. Um den entsprechenden Inkind-Vertrag kurzfristig unterzeichnen zu können, wurde eine Lenkungsgruppe eingerichtet, um die Definition des vertraglichen Umfangs dieses Beitrags abzuschließen und die technischen Vereinfachungen umzusetzen, die von dem zuständigen Team von WUST und GSI vorgeschlagen wurden. (BP)
]]>Der Schutz für Menschen im All vor kosmischer Strahlung ist eine große Herausforderung für die Weltraumforschung. Schädliche Auswirkungen der Weltraumstrahlung stellen vor allem bei zukünftigen Langzeitmissionen ein ernsthaftes Gesundheitsrisiko für Astronauten dar. Solche Strahlungseffekte müssen sowohl in der Entwurfsphase von Raumschiffen als auch in der Missionsplanung berücksichtigt und minimiert werden. Hinzu kommt als einschränkender Faktor das Gewicht, das mit an Bord eines Raumfahrtzeugs genommen werden kann. Neue Materialien mit besserer Abschirmleistung bei geringerem Gewicht sind also gefragt. Vor allem, wenn es um Deep-Space-Missionen geht, bei denen die Strahlung noch intensiver ist als im erdnahen Orbit.
Das internationale Wissenschaftlerteam hat dieses Thema nun gemeinsam bearbeitet. Die Forscherinnen und Forscher kommen neben dem GSI Helmholtzzentrum vom Institut für Medizinische Physik und Strahlenschutz der Technischen Hochschule Mittelhessen in Gießen, dem Trento Institut für Grundlagenphysik und Anwendungen (TIFPA) in Povo, der Physikabteilung der University of Trento in Povo, der Abteilung für Angewandte Wissenschaft und Technologie der Politecnico di Torino in Turin, sowie den Abteilungen für Physik und für Chemie und NIS (Centre for Nanostctured interfaces and surfaces) der University of Torino in Turin. Auch Thales Alenia Space in Turin ist in das Team eingebunden. Das Unternehmen betreut für die europäische Raumfahrtagentur ESA das ROSSINI-Projekt für die Optimierung des Strahlenschutzes von Astronauten, ein langjähriges, gemeinsames Forschungsprojekt von ESA und GSI.
Das Ziel des Teams: Geeignete Abschirmmaterialien ausfindig machen, die besser sind als die gut bewährte Standardlösung Hart-Polyethylen, die derzeit beispielsweise auf der Erde oder in den Schlafbereichen der erdnahen internationalen Raumstation ISS zum Strahlenschutz eingesetzt wird. Aufgrund des hohen Wasserstoffgehalts von Hydriden wurde Lithiumhydrid als vielversprechenden Ausgangspunkt für weitere Studien ausgewählt.
Die Untersuchungen wurde überwiegend an der Beschleunigeranlage auf dem GSI- und FAIR-Campus in Darmstadt durchgeführt, wo Teilchenstrahlung, wie sie im Weltall herrscht, erzeugt und für Experimente zur Verfügung gestellt werden kann. Das Forscherteam bewertete in seinen Experimenten die Abschirmleistung von Lithiumhydrid unter anderem durch Messungen mit hochenergetischen Kohlenstoffstrahlen. Zudem konnten genaue Daten zum Benchmarking von Monte-Carlo-Simulationen bereitgestellt werden. Solche Simulationen werden für Risikoabschätzungen in Studien ohne Teilchenbeschleuniger eingesetzt, um eine statistische Übersicht über Strahlungseffekte zu erhalten.
Die Untersuchungen, die jetzt veröffentlicht wurden, deuten darauf hin, dass Lithiumhydrid ein guter Kandidat als Abschirmmaterial sein könnte. Der Leiter der GSI-Abteilung Biophysik, Professor Marco Durante, fasst zusammen: „Die ersten experimentellen Ergebnisse legen nahe, dass Lithiumhydrid zur Verbesserung des Strahlenschutzes für Menschen während einer langfristigen Weltraummission geeignet ist.“ Lithiumhydrid könnte somit eine effektive Strategie zum Schutz des Menschen bei der langfristigen Erforschung des Sonnensystems sein. „Es könnte das richtige Material auf dem Weg zum Mars sein.“
Auch der Experimentverantwortliche Dr. Christoph Schuy hält die Lithiumhydrid-Verbindungen für aussichtsreich. Dies stelle die Forscher und Ingenieure aber noch vor einige Aufgaben, wie beispielsweise die genaue Bestimmung der Neutronenproduktionsquerschnitte bei hohen Energien oder das sichere Ummanteln des Materials.
Noch ist es ein Blick in die Zukunft, weitere Experimente bei höheren Energien und mit schwereren Ionen sind notwendig, um die Abschirmfähigkeit von Lithiumhydrid und anderen vielversprechenden Lithium-Verbindungen vollständig zu beurteilen. Auch die potenzielle Entstehung von Sekundärstrahlung muss untersucht werden, ebenso eine möglicher Zweitnutzen des Abschirmmaterials beispielsweise in Lithiumhydrid-basierten Batterien im Raumfahrtzeug. Professor Durante erläutert: „Wir müssen jetzt komplexe, realistische Strukturen testen, die die realen Wände von Raumfahrzeugen simulieren, wobei Lithiumhydrid enthalten ist. Diese Tests haben bereits im Februar im Rahmen des FAIR-Phase-0-Experimentierprogramms begonnen und werden durch das ESA-ROSSINI3-Projekt finanziert.“
Schon seit Jahren arbeiten ESA und GSI sehr erfolgreich in mehreren Forschungsprojekten gemeinsam. Am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, werden diese Möglichkeiten noch erheblich erweitert: FAIR wird Experimente mit einem noch größeren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten erlauben und die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung so genau simulieren können wie keine andere Beschleunigeranlage. Vor gut einem Jahr hatten ESA und FAIR eine engere Zusammenarbeit beschlossen und eine Kooperationsvereinbarung zur Erforschung kosmischer Strahlung unterzeichnet. (BP)
Das Periodensystem der Elemente ist ein wichtiges Werkzeug für den Chemieunterricht, um den Schülerinnen und Schülern ein fundiertes Verständnis vom Aufbau der Atome und von den Eigenschaften der chemischen Elemente zu vermitteln. Alle bekannten chemischen Elemente sind in dieser Tabelle zusammengefasst. Jedes Kästchen steht für ein Element und enthält neben dem Namen sein chemisches Symbol und seine Eigenschaften. Seit seiner Entstehung vor 150 Jahren hat sich das Periodensystem stetig weiterentwickelt und listet heute 118 verschiedene Stoffe auf. Die aktuell veröffentlichte Auflage des Periodensystems berücksichtigt die neuesten Daten und Normen der IUPAC und ist auf den Unterrichtsstoff der Mittelstufen abgestimmt.
Mit der Entdeckung von sechs chemischen Elementen hat das GSI Helmholtzzentrum entscheidend zur Erweiterung des Periodensystems beigetragen. Die Elemente Bohrium bis Copernicium sind durch Experimente bei GSI erstmals erzeugt worden. Ein neues Element entsteht durch die Verschmelzung von zwei Atomkernen zu einem neuen, viel größeren und schwereren Atomkern. Dafür werden Atomkerne eines Elements mit einem Teilchenbeschleuniger bei extrem hohen Geschwindigkeiten auf eine Folie eines zweiten Elements geschossen. Treffen die Atomkerne der Elemente mittig aufeinander, können sie zu einem neuen Atomkern verschmelzen. Eines der auf diese Art entstanden Elemente heißt Darmstadtium und ist nach seinem Entdeckungsort, der Stadt Darmstadt benannt. Gleichzeitig ist es Namensgeber des Wissenschafts- und Kongresszentrums darmstadtium.
Das darmstadtium ist ein hochmoderner Tagungsort mit Ausrichtung auf die Anforderungen zukünftiger Generationen. In Deutschland und Europa ist es bekannt für Nachhaltigkeit und exzellente Informationstechnologie. Als Vorreiter beim Megatrend Konnektivität in der Eventbranche bietet es optimale Inhouseversorgung auf Großversorgerniveau für Tagungen und Kongresse.
Das darmstadtium und das GSI Helmholtzzentrum sind durch den Element-Namen und ihre nationale und internationale Ausstrahlung eng miteinander verbunden. Aus diesem Grund haben die Projektpartner gemeinsam ein Periodensystem als Lehrmaterial für den Chemieunterricht aufgelegt. Übersichtlich und informativ gestaltet und praktisch im DIN A4 Format wird das Periodensystem für Schulen zur Verfügung gestellt. Es enthält neben den klassischen Daten wie Ordnungszahl, Elementsymbol, Elektronegativität und Schmelz- und Siedepunkte auch Informationen über die beiden Projektpartner. Die Oberfläche der Tafel ist mit einer speziellen Beschichtung überzogen. Sie schützt das Papier vor Staub, Nässe und anderen Verunreinigungen. Außerdem sorgt die Beschichtung durch ihre matte Oberfläche dafür, dass Lichtreflexionen bei der Arbeit nicht stören.
GSI und darmstadtium stellen Schulen kostenlose Periodensysteme zur Verfügung (nur solange der Vorrat reicht). Lehrerinnen und Lehrer können Exemplare für ihre Schulklassen bestellen. (Versand innerhalb Deutschlands.) (JL)
]]>Als Deuteron wird der Atomkern des Deuteriums („Schwerer Wasserstoff“) bezeichnet. Deuteronen spielen eine Rolle bei Kernfusionsreaktionen in Sternen. „Wie Schneebälle in der Hölle“, so umschreiben manchen Forscher die Tatsache, dass die leichten Kerne wie Deuteronen im Quark-Gluon-Plasma überhaupt erkennbar sind. Denn eigentlich sollten die hohen Temperaturen der aus den Kollisionen hervorgehenden Feuerbälle die Kerne in ihre subatomaren Bestandteile zerschmelzen, doch genau das scheinen sie nicht zu tun. Nun schlagen Elfner, Oliinychenko und Kollegen einen mikroskopischen Mechanismus vor, der erklären könnte, warum die Kerne bestehen bleiben.
Sie gehen dabei von einer bereits existierenden qualitativen Erklärung für die Beobachtung dieser Kerne aus. Dieser Vorschlag postuliert, dass die im Feuerball entstehenden leichten Kerne durch die hohen Temperaturen zerstört und beim Abkühlen des Feuerballs immer wieder durch fliegende Protonen und Neutronen neu geschaffen werden. Die mikroskopischen Mechanismen hinter diesem Szenario aber waren bisher unklar. Hier setzten nun Elfner, Oliinychenko und Kollegen an und machten sich daran, diesen Mechanismus zu finden, indem sie eine Reihe von Reaktionen analysierten, die Deuteronen bilden könnten. Sie identifizierten eine mögliche Reaktion, bei der Protonen und Neutronen beim Vorhandensein von Pionen, also von Quark-Antiquark-Paaren, Deuteronen bilden. Die Pionen könnten dabei als eine Art Katalysator für die Reaktionen zwischen Protonen und Neutronen dienen und so die stabile Produktion von Deuteronen bei hochenergetischen Kernkollisionen ermöglichen.
Das Team simulierte ähnliche Bedingungen wie bei einem kürzlich von der ALICE-Kollaboration durchgeführten CERN-Experiment, das die durch Kollisionen erzeugten leichten Kerne präzise charakterisierte. Dann folgte der Vergleich: Die kalkulierten Ertrags- und Energiespektren der Deuteronen stimmten mit den Beobachtungen von ALICE überein. Die Schlussfolgerung: Wenn die Idee von Elfner, Oliinychenko und dem Team richtig ist, sollte sie auch die Bildung anderer beobachteter Kerne, beispielsweise Tritonen, erklären könne.
Die Autoren planen nun, diese Möglichkeit in kommenden Berechnungen zu überprüfen und ihre Ergebnisse weiter zu untermauern. Außerdem überlegen sie, wie weitere Studien bei niedrigeren Strahlenenergien durchzuführen sind. Solche Überlegungen sind auch für das HADES-Experiment bei GSI sowie für das CBM-Experiment am künftigen, derzeit bei GSI entstehenden Beschleunigerzentrum FAIR relevant. Das Thema von Elfner, Oliinychenko und der Gruppe wird auch bei der diesjährigen „Strangeness in Quark Matter“-Konferenz, eine der größten Konferenzen in diesem Forschungsbereich, im italienischen Bari vorgestellt. (BP)
ROSE ist ein neuartiges System zur Vermessung der vierdimensionalen (4D) transversalen Ionenstrahlemittanz. Das ist das Volumen, das ein Ionenstrahl im transversalen Phasenraum einnimmt. Kenntnis und Manipulation der Emittanz der Ionen im Beschleuniger sind relevant für die Verbesserung der Strahlqualität. Bisher konnten für Schwerionen mit Energien oberhalb 100 Kiloelektronenvolt pro Nukleon nur die horizontalen und vertikalen Projektionen des 4D-Phasenraumes gemessen werden. Dieser Messung fehlen Informationen zur Kopplung dieser Ebenen, da sie nur ein Schattenbild des eigentlichen Volumens im Phasenraum darstellen. Die Forscher Dr. Michael Maier und Dr. Chen Xiao aus dem GSI-Bereich Beschleunigerbetrieb haben deshalb die drehbare Emittanzmessanlage ROSE bei GSI entwickelt. Dem Betriebspersonal von Schwerionen-Beschleunigeranlagen wird damit erstmals ein universell einsetzbares Messmittel an die Hand gegeben, mit dessen Hilfe sich die Kopplungen der Ebenen messen lassen. In Folge können die Anlagen deutlich effizienter eingestellt werden.
„Zusätzlich zur vollständigen 4D-Vermessung der transversalen Strahlemittanz kann durch die Drehbarkeit der Anlage eine Messebene eingespart werden, weil alle Raumrichtungen von einem Gerät angefahren werden können“, beschreibt Maier seine Erfindung. „Da der Drehantrieb deutlich günstiger ist als die notwendige Elektronik für eine zusätzliche komplette Messebene, reduziert das in Folge die Kosten für eine Emittanzmessanlage.“
Das im geförderten Projekt zu entwickelnde und in das Gesamtsystem von ROSE zu integrierende Software-Paket soll die momentan getrennten vier erforderlichen Teilfunktionen Planung, Steuerung, Messung und Auswertung der 4D-Emittanzmessung erstmals vereinen. Im Projekt wird dieses Software-Paket zusammen mit den bereits zuvor entwickelten Komponenten ROSE-Detektor und dem elektronischen Steuerungssystem „Robomat“ (zuvor bereits gefördert durch das WIPANO-Projekt des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie) als Prototyp des 4D-Emittanz-Komplettsystems „ROSE“ aufgebaut werden. Außerhalb des Projekts wird der Prototyp bei GSI im Routinebetrieb getestet, gemeinsam mit NTG optimiert und letztendlich von NTG auf dem Markt als Komplettsystem angeboten werden. Der bei GSI im Routinebetrieb eingesetzten Prototyp soll NTG zudem als Demonstrator dienen.
„Für die Nutzer liegen die klaren Vorteile in einer kürzeren Messdauer, weniger Aufwand an hochqualifiziertem Personal für die Planung und Durchführung der Messung, der späteren Möglichkeit den Strahl direkt korrigieren zu können sowie der möglichen Minimierung von Installations- und Betriebskosten der Beschleunigeranlage“, erläutert Martina Bauer, die das ROSE-Projekt im Rahmen des GSI-Technologietransfers betreut, die Vorzüge der neuen Technik. „ROSE ist funktional als auch betriebswirtschaftlich einem Großteil der aktuell verfügbaren 2D-Emittanzmessanlagen überlegen und kann diese bei Updates bestehender Anlagen generell ersetzen oder aber bei neuen Beschleunigeranlagen direkt eingesetzt werden. In Deutschland arbeiten gegenwärtig mindestens zehn Forschungseinrichtungen sowie etliche Firmen mit für ROSE geeigneten Anlagen. Nach Aussage des Kooperationspartners NTG finden sich in oben genannten Bereichen europaweit mehr als 100 Interessenten, wobei ein weitaus größeres Potenzial insbesondere der asiatische Raum bietet.“
Prognosen rechnen mit einem weltweiten Marktanteil von etwa 20% und einer signifikanten Steigerung des Umsatzes um 250% im Bereich Strahldiagnose und entsprechend einem deutlich positiven Effekt bezüglich der Anstellung von dediziertem Personal durch die Firma NTG. Zudem ermöglicht die ROSE-Emittanzmessung die Durchführung zahlreicher neuer Forschungsprojekte im Bereich Beschleunigerphysik. Insbesondere im Hinblick auf das Großprojekt FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) und die in diesem Rahmen geplanten wissenschaftlichen Experimente sind die durch ROSE neu eröffneten technischen Möglichkeiten ein wesentlicher Baustein, um die Anforderungen der neuen, weltweit einzigartigen Beschleunigeranlage, die aktuell bei GSI in Darmstadt gebaut wird, zu erfüllen. (cp)
]]>Zusätzlich zu den IPPOG-eigenen Themen gehörten zur Agenda auch Informationen zu den vor Ort laufenden Forschungsaktivitäten von FAIR/GSI, der Öffentlichkeitsarbeit auf dem Campus, eine Panel-Diskussion, Arbeitsgruppen und die Demonstration von didaktischen Bausätzen der Firma CAEN. Des Weiteren nahmen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer an einem Rundgang durch die Anlagen teil und warfen einen Blick auf das FAIR-Baufeld von der Aussichtsplattform. Anlässlich der Tagung wurde auch eine sogenannte Masterclass für die Kinder von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern durchgeführt. Dabei waren die Jugendlichen aufgerufen, unter fachgerechter Anleitung von Wissenschaftlern aktuelle Daten des ALICE-Experiments am europäischen Forschungszentrum CERN auszuwerten und zu interpretieren. Die IPPOG bietet weltweit in Kooperation mit 250 Forschungseinrichtungen derartige Masterclasses an, die sich an über 15.000 Schülerinnen und Schüler in 55 Ländern richten. Das IPPOG-Lenkungsgremium stimmte einer neuen Masterclass zum Thema Partikeltherapie zu, die in Zusammenarbeit von GSI, CERN und dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg entwickelt wurde, und wird sie in das Programm des nächsten Jahrs integrieren.
IPPOG ist ein Netzwerk von Wissenschaftlern, Naturwissenschaftspädagogen und Kommunikationsspezialisten, die weltweit in der informellen naturwissenschaftlichen Ausbildung und der Vermittlung der Teilchenphysik und der Grundlagenforschung im Allgemeinen tätig sind. Die Teilchenphysik ist die Wissenschaft von Materie, Energie, Raum und Zeit. IPPOG erläutert jungen Menschen neue Entdeckungen in diesem Bereich und vermittelt an die Öffentlichkeit, dass die Schönheit der Natur durch das Zusammenspiel ihrer Grundbausteine – der Elementarteilchen – verständlich wird. Seit Kurzem hat die IPPOG auch einen Fokus auf Anwendungen für die Gesellschaft gelegt, was sich in den Beiträgen von FAIR und GSI widerspiegelt. Die IPPOG-Kollaboration umfasst aktuell 30 Mitglieder: 24 Länder, fünf Experimente und CERN als internationales Labor, sowie mehrere Kandidaten für eine Mitgliedschaft. (cp)
Diese neue Masterclass wurde vorgeschlagen, um das Programm der etablierten International Physics Masterclasses (IMC) zu erweitern, einer Bildungsinitiative und einem Vorzeigeprojekt der International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Das Programm richtet sich derzeit an ca. 15.000 Schulkinder auf der ganzen Welt mit rund 225 Instituten aus 55 Teilnehmerländern im Jahr 2018. Ziel der Pilot-Masterclass war es, das Interesse der Schülerinnen und Schüler am Thema Partikeltherapie auszuloten und Feedback von den Teilnehmenden zu erhalten, bevor sie das neue Paket dem IMC Steering Committee während des Frühjahrsmeetings der IPPOG im Mai bei FAIR und GSI vorstellen. Konkret wurde das Thema dieser neuen Masterclass gewählt, um den Nutzen der Grundlagenforschung für die Gesellschaft hervorzuheben, wobei der Schwerpunkt auf medizinischen Anwendungen und verwandten Fragestellungen liegt. Die Masterclass zur Partikeltherapie ermöglicht es den Teilnehmenden, die aktuellen Techniken der Forschung zur Behandlung von Krebstumoren mit Röntgenstrahlen, Protonen oder Kohlenstoffionen auf realistische Weise kennenzulernen. In dieser Masterclass wurde das vom DKFZ entwickelte professionelle Forschungssoftware-Toolkit matRad eingesetzt.
Die Alpha-Testphase des Programms wurde bei GSI im Februar 2019 durchgeführt, die Kommentare der Schülerinnen und Schüler wurden in der nächsten Version des Programms umgesetzt. Anschließend organisierten die beteiligten Institute nach dem Muster eines typischen Masterclass-Tages die lokalen Details der Veranstaltung mit den Schulen ihrer Region und erarbeiteten einen Plan für die Präsentation der Ergebnisse und Diskussionen während der gemeinsamen Videokonferenz am Ende der praktischen Sitzung. Jedes Institut passte das genaue Programm der Masterclass an die lokalen Bedürfnisse an, z.B. Sprache oder Programmdetails, um es für die Teilnehmer so attraktiv wie möglich zu gestalten. Kommentare der Teilnehmenden sowie von beobachteten Doktoranden und Wissenschaftlern wurden aufgenommen und werden beim Übergang des Projekts in die nächste Phase berücksichtigt.
Während der Diskussion der Ergebnisse auf der Videokonferenz waren die Begeisterung und das Interesse der Schülerinnen und Schüler sowie ihr Verständnis für die vorgestellten Themen offensichtlich. Die lokalen Organisatoren, die an der Vorbereitung und Durchführung der Veranstaltung in allen drei Instituten mitgewirkt haben, äußerten ihre Zufriedenheit, aber auch ihre Motivation und ihr Engagement, die Veranstaltung fortzusetzen. Die Teamarbeit unter den Kollegen aller drei Institute trägt dazu bei, den wissenschaftlichen Nachwuchs heranzuziehen, aber auch die Bindung der beteiligten Institute an das Projekt zu stärken.
Die erfolgreiche Pilotveranstaltung hat ein Fundament geschaffen, und bereits mehrere andere Institute haben ihr Interesse bekundet, sich dem Projekt anzuschließen. Neben seiner Wirkung im Rahmen der IMCs verfügt es über ein großes Potenzial, das erkundet und genutzt werden kann, um das Bewusstsein der Öffentlichkeit zu schärfen, Interesse zu wecken, die nächste Generation von Wissenschaftlern zu gewinnen, die Aus- und Weiterbildung in verwandten Bereichen zu fördern und den Nutzen der Wissenschaft und des internationalen Kooperationsgeistes für die Gesellschaft deutlich zu machen.
Es ist kein Zufall, dass die am Pilotprojekt Beteiligten sowohl führende Institute der Grundlagenforschung sind, als auch bekannt für wichtige Beiträge im Bereich der medizinischen Anwendungen. Bei GSI, wo für die Therapie mit Kohlenstoff-Ionen gegen Krebs in den 90er Jahren Pionierarbeit geleistet wurde, hatten die Teilnehmer die Möglichkeit, die medizinische Behandlungsanlage zu besuchen, in der ca. 450 Patienten erstmals behandelt wurden. In Heidelberg wirkte sich ein Besuch des nach den Forschungsergebnissen von GSI errichteten Ionenstrahl-Therapiezentrums HIT besonders aus, wo die Teilnehmenden an der beeindruckenden Gantry ein Gruppenfoto machten. Am CERN waren die Teilnehmer begeistert vom Besuch des Antiprotonen-Decelerators und lernten Antimaterie und deren Einsatz in PET-Scannern kennen. Sie wurden auch darüber informiert, dass das CERN die Heimat der Open-Source-Designstudie für Partikeltherapieanlagen (PIMMS) war, die die Grundlage für den Bau von zwei Therapiezentren in Europa wurde, CNAO in Italien und MedAustron in Österreich. Es war nur natürlich, ihre Frage "Was nun?" zu hören.
Insgesamt verlief die Veranstaltung sehr erfolgreich und wurde von den Schülerinen und Schülern, ihren Lehrkräften und den Familien sehr positiv beurteilt. (yf/cp)
Nach einer Begrüßung durch den Wissenschaftlichen Geschäftsführer von FAIR und GSI Professor Paolo Giubellino gaben Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von FAIR und GSI, und Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, einen Überblick über die bisherigen Forschungserfolge und die Planungen für die Zukunft an der internationalen Beschleunigeranlage FAIR sowie über die Technologiefelder, auf denen sowohl in der Forschung als auch in der Infrastruktur gearbeitet wird.
Im anschließenden Rundgang besuchten die Gäste die FAIR-Aussichtsplattform, um sich einen Überblick über den Fortschritt der Bauarbeiten zu verschaffen. In der Kryotechnologie erfuhren sie mehr über die supraleitenden Magnete, die für den Betrieb an FAIR auf minus 269°C abgekühlt werden müssen. Des Weiteren konnten sie den Hauptkontrollraum der Anlage, den Linearbeschleuniger UNILAC sowie den Experimentierspeicherring ESR in Augenschein nehmen. Am medizinischen Bestrahlungsplatz der Biophysik informierten sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer über die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen. Ein Besuch am Großdetektor HADES und im besonders energieeffizienten Hochleistungsrechenzentrum Green IT Cube rundeten den Rundgang ab.
Während des folgenden Mittagessens konnten die Gäste über eine Hausmesse zum Thema „Meet the expert“ direkt in Verbindung mit den Technologieabteilungen von FAIR und GSI kommen. Vertreter von Technologietransfer, Biophysik, Materialforschung, Kryotechnologie, Elektronik, IT und Lasertechnik standen für Gespräche zur Verfügung, konnten Kontakte knüpfen und Zusammenarbeitsmöglichkeiten ausloten. Im Laufe des Nachmittags besuchte die Gruppe auch das Satellitenkontrollzentrum der ESA, ESOC in Darmstadt. Der Tag klang bei einem gemeinsamen Abendessen aus, bei dem Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Biophysik, die Teilnehmerinnen und Teilnehmer in einem begleitenden Vortrag über die Wirkung von kosmischer Strahlung auf den Körper und die Tumortherapie mit Ionenstrahlen informierte.
Die Veranstaltung reiht sich ein in die langjährige und sehr erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen GSI/FAIR und ESA. GSI/FAIR unterstützen die ESA bei der Untersuchung kosmischer Strahlung. Mehr über die Auswirkungen von kosmischer Strahlung auf Menschen, Elektronik und Material zu erfahren, gehört zu den entscheidenden Fragestellungen der Zukunft in der astronautischen, aber auch der robotischen Raumfahrt.
Der BVMW ist eine Interessenvertretung der mittelständischen deutschen Industrie. Sein Ziel ist es, die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen zu stärken und damit die Zukunftsfähigkeit des deutschen Mittelstands zu sichern. Dem Wirtschaftssenat, in den man vom BVMW berufen werden kann, gehören rund 230 Unternehmerpersönlichkeiten an, die die Leistungen, die der Mittelstand für unser Land erbringt, repräsentieren. (cp)
Erasmus+ ist das Programm der Europäischen Union zur Förderung allgemeiner und beruflicher Bildung, Jugend und Sport in Europa. Erasmus+ unterstützt in den Partnerländern beispielsweise Bachelor- und Master-Studierende, die ein Praktikum im Ausland machen wollen, sowie Doktorandinnen und Doktoranden oder junge Postdocs bei einem ausländischen Forschungsaufenthalt.
Das GET_INvolved-Programm gibt Studierenden und Jungwissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern aus dem Ausland die Möglichkeit, über Praktika und Forschungsaufenthalte am internationalen Projekt zum Bau des Teilchenbeschleunigers FAIR mitzuarbeiten und damit ihre wissenschaftliche und technische Ausbildung voranzubringen.
Bisher sind drei polnische und eine rumänische Universität GET_INvolved-Partner geworden und haben GSI/FAIR als “aufnehmende Organisation” für ihre Studierenden gelistet: in Polen die Warsaw University of Technology (WUT), die Wrocław University of Science and Technology (WUST) und die Białystok University of Technology (BUT), sowie in Rumänien die University of Bucharest. (mbe)
Warsaw University of Technology
Wrocław University of Science and Technology
Białystok University of Technology
Der Beta-Zerfall ist der häufigste Zerfallskanal von Atomkernen: Ein Neutron im Kern wird in ein Proton umgewandelt (oder umgekehrt), wodurch ein anderes Element mit Protonenzahl plus (oder minus) eins entsteht. Auf diese Weise trägt der Beta-Zerfall zur Bildung neuer Elemente im Universum bei. Als Zusammenspiel der starken Kernkraft, die Neutronen und Protonen im Atomkern zusammenhält, und der schwachen Wechselwirkung liefern Beta-Zerfälle außerdem wesentliche Hinweise auf Physik, die über das Standardmodell hinausgeht, und sind seit dem frühen 20. Jahrhundert das Thema konzentrierter Untersuchungen.
Ein Rätsel hat bisher jedoch den Untersuchungen der Physiker widerstanden: Die Beta-Zerfälle von im Atomkern gebundenen Neutronen laufen deutlich langsamer ab als dies aufgrund der Zerfallszeiten von freien Neutronen zu erwarten wäre. In der Vergangenheit wurde diese systematische Abweichung durch die Implementierung einer Konstante, genannt „Quenching“, berücksichtigt. Dabei handelt es sich um eine Hilfskonstruktion, um die beobachteten Beta-Zerfallsraten der Neutronen innerhalb und außerhalb des Kerns überein zu bringen. So konnten die theoretischen Modelle mit den experimentellen Messungen sehr gut in Einklang gebracht werden.
„Lange hat uns ein grundlegendes Verständnis des Beta-Zerfalls von Atomkernen gefehlt“, erklärt EMMI-Professor Achim Schwenk von der TU Darmstadt, der Teil der Kollaboration ist. „Wir konnten nun in komplexen mikroskopischen Rechnungen erstmals zeigen, dass starke Korrelationen im Atomkern sowie die starke Wechselwirkung mit einem anderen Neutron oder Proton den Beta-Zerfall im Atomkern verlangsamen. Genau diese Wechselwirkungseffekte werden in effektiven Feldtheorien der starken und schwachen Wechselwirkung vorhergesagt.“
Um dies zu zeigen, berechneten die Theoretiker systematisch die Beta-Zerfälle einer Vielzahl leichter und mittelschwerer Kerne, vom einem Kern mit drei Nukleonen bis zu Zinn-100 mit 50 Protonen und 50 Neutronen. Der Beta-Zerfall von Zinn-100 wurde im Jahr 2012 erstmals bei GSI gemessen. Die Ergebnisse der Kollaboration stimmen sehr gut mit experimentellen Daten überein und zeigen, dass der Quenching-Faktor nach Berücksichtigung der starken und schwachen Wechselwirkungseffekte nicht mehr benötigt wird.
Die Fortschritte, um von der Berechnung der schwachen Wechselwirkung mit einzelnen Neutronen und Protonen zu großen Atomkernen zu gelangen, wurden sowohl von theoretischen Entwicklungen zur effektiven Feldtheorie, also auch durch enorme Fortschritte in der Vielteilchentheorie und durch leistungsstarke Berechnungskapazitäten von Supercomputern ermöglicht.
Neben einem besseren Verständnis von Beta-Zerfällen für die Synthese schwerer Elemente in Supernovae und Neutronensternverschmelzungen erhoffen sich die Forscher auch neue Einsichten zu doppelten Beta-Zerfällen, insbesondere zum neutrinolosen doppelten Beta-Zerfall, bei dem ein analoges Quenching-Rätsel die Wissenschaft beschäftigt. (cp)
Ehrenamtliche Gutachter prüfen Manuskripte für eine Veröffentlichung in den APS-Journalen, tragen dazu bei, die Standards der Zeitschriften auf hohem Niveau zu halten und helfen oft auch Autoren, Qualität und Lesbarkeit ihrer Artikel zu verbessern. In diesem Jahr hat die APS aus einem Pool von rund 71.000 aktiven Gutachtern 143 „Outstanding Referees“ ausgewählt. Die Preisträger kommen aus 29 verschiedenen Ländern, unter anderem aus den USA, Großbritannien, Kanada, Frankreich und Deutschland. Ausschlaggebend für die Auszeichnung als „Outstanding Referee“ sind Qualität, Anzahl und Termintreue der Berichte eines Gutachters. Zu diesem herausragenden Kreis gehört auch Professor Hans Feldmeier.
Professor Hans Feldmeier hat in Darmstadt Physik studiert und 1974 an der TH Darmstadt, heute Technische Universität (TU) Darmstadt, promoviert. Anschließend ging er als Postdoc an das Oak Ridge National Lab im US-Bundesstaat Tennessee und kehrte später an die TH Darmstadt zurück, an der er sich 1981 im Bereich Theoretische Physik habilitierte. Als Heisenberg-Fellow war er zunächst zwei Jahre am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, danach kam er zur GSI. Hans Feldmeier übernahm eine außerplanmäßige Professur an der TU Darmstadt und wurde führender Wissenschaftler bei GSI. Von 2009 bis 2013 war er Leiter der GSI-Theorieabteilung, der er auch heute noch angehört. Seine Forschungsschwerpunkte liegen unter anderem auf theoretischer Kernphysik, Kernstruktur und nuklearer Astrophysik. (BP)
]]>René Röspel ist Abgeordneter aus dem Wahlkreis Hagen – Ennepe-Ruhrkreis I und Mitglied im Bundestagsausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung, außerdem Mitglied des Senats der Helmholtz-Gemeinschaft. Dr. Jens Zimmermann stammt aus dem Bundestagswahlkreis Odenwald und ist Mitglied im Finanzausschuss und im Ausschuss Digitale Agenda des Bundestags. Begleitet wurden die beiden Bundespolitiker von Anne Marquardt, Darmstädter SPD-Stadtverordnete und Büroleiterin von Jens Zimmermann.
Nach einer einführenden Präsentation und Gelegenheit zur Diskussion konnten die Besucher bei einer Rundfahrt über das Baufeld den großen Fortschritt auf der Mega-Baustelle FAIR aus nächster Nähe besichtigen, vom ersten fertiggestellten Rohbauabschnitt für den großen Ringbeschleuniger SIS100 bis zur Baugrube für das zentrale Kreuzungsbauwerk. Informationen gab es auch über die FAIR-Projektorganisation und die Baustellenlogistik.
Anschließend erhielten die Politiker bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus. Hierbei wurde der ebenfalls deutliche Fortschritt bei den Komponenten der FAIR-Beschleunigermaschine und den Experimenten vorgestellt. Besucht wurde unter anderem der Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten, wo vor allem Hightech-Komponenten für FAIR geprüft werden, sowie der Experimentier-Speicherring ESR. Auch der Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen und der Hades-Experimentierplatz gehörten zu den Stationen des Besuchs. (BP)
]]>Die internationale FAIR-Schule findet vom 8. bis 13. September 2019 in Castiglione della Pescaia in Italien statt. Sie wird alle wissenschaftlichen Säulen von FAIR abdecken (APPA, CBM, NUSTAR, PANDA), sowie den Beschleuniger-Komplex und das Computing. Wie in den Vorjahren wird die FAIR-Schule das erfolgreiche Format mit Vorträgen internationaler FAIR-Experten am Vormittag und Workshops am Nachmittag beibehalten, in denen die Teilnehmerinnen und Teilnehmer Probleme lösen und Projekte angehen. Das Angebot ermöglicht es jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, am internationalen Austausch mit ihren Kommilitoninnen und Kommilitonen aus den FAIR-Partnerländern teilzunehmen.
Die bei der Veranstaltung diskutierten Themen decken das gesamte Spektrum der FAIR-relevanten Physik ab und umfassen Bereiche aus Atomphysik, Plasmaphysik, Schwerionenphysik, Hadronenphysik, Beschleunigerphysik, Kernstrukturphysik und Hochleistungsrechnen. Somit wird sichergestellt, dass die Teilnehmerinnen und Teilnehmer auch die Möglichkeit haben, das Gesamtbild zu sehen, so dass auch Projekte, die ähnlich aufgestellt sind wie FAIR, etwa NICA und der RHIC Beam Energy Scan, skizziert werden.
Die Schule wird gemeinsam vom Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) – hier insbesondere der Frankfurt International Graduate School for Science (FIGSS) – und dem FAIR Russia Research Centre (FRRC) organisiert. Beide Institute sind in der FAIR-Community sehr renommiert. (BP)
Die Leitung des externen, hochrangig besetzten Expertenteams lag bei dem britischen Physiker Lyndon Evans, der ein Experte für Teilchenbeschleuniger ist und als Projektleiter für die Realisierung des großen Teilchenbeschleunigers LHC am Europäischen Kernforschungszentrum CERN verantwortlich war. Das Gremium war zusammengesetzt aus Beschleuniger-Fachleuten, Wissenschaftlern und Bauprojektmanagern, die seit November 2018 in sorgfältiger, detailreicher Arbeit, auch in fachbezogenen Teil-Arbeitsgruppen, das Projekt begutachteten.
In dem Bericht des Expertengremiums wurde das weltweit herausragende wissenschaftliche Programm von FAIR bestätigt. Die Expertengruppe hat das FAIR-Projekt auch auf Jahrzehnte hinaus als Top-Projekt für die Wissenschaft beurteilt, mit erstklassigen Möglichkeiten und einem herausragenden Potenzial für wegweisende Entdeckungen.
Der Bericht bescheinigt dem Projekt und dem Campus leistungsfähige und effiziente Organisationsstrukturen und ‑prozesse, die die Geschäftsführung in den letzten Jahren aufgebaut und umgesetzt hat. Inhalt des Berichtes sind auch Aussagen zu Mehrkosten, die auf Ausarbeitungen der Geschäftsführung basieren. Hiernach liegen die Kostenschätzungen um insgesamt rund 850 Mio. € über der Planung von 2015. Mit 550 Mio. € entfällt ein großer Teil der Mehrkosten auf den Bau, wobei die Gutachter in der aktuell guten Baukonjunktur einen der Kostentreiber sehen. Für die Beschleunigerkomponenten hat eine Arbeitsgruppe des FAIR Council einen Mehrbedarf von 215 Mio. € identifiziert. Bis zum Jahr 2025 werden weitere 85 Mio. € für Personal- und Verwaltungskosten der FAIR GmbH benötigt. Zusätzlich beschlossen die Experten, dass es ratsam wäre, für die gesamten Errichtungskosten mindestens 10% Reserve für Unvorhergesehenes vorzusehen. Die Experten sehen außerdem die Möglichkeit, dass erste wissenschaftlich herausragende Experimente an der neuen FAIR-Anlage vor Ende des Jahres 2025 durchgeführt werden können.
Die Gesellschafter haben den Wunsch geäußert, eine politische Entscheidung auf den Weg zu bringen. Die Gesellschafter in den neun Partnerstaaten sind nun aufgefordert, mit ihren Regierungen über die weiteren Schritte in der Realisierung des FAIR-Projekts zu entscheiden. (red)
Abschlussbericht der internationalen Expertengruppe (nur auf Englisch)
]]>Dabei konnte die Gruppe, zu der Vertreterinnen und Vertreter des Projektleitungsteams, des Wissenschaftlich-Technischen Rats und des Betriebsrats gehörten, bis auf die Bodensohle in 18 Meter Tiefe hinabsteigen und den fertigen, rund 25 Meter langen Rohbauabschnitt mit den parallel nebeneinander verlaufenden Bereichen des Beschleuniger- und Versorgungstunnels aus nächster Nähe in Augenschein nehmen. Mit der Vollendung der tragenden Teile, der Wände und der Deckenkonstruktion markiert die Rohbaufertigstellung dieses ersten Tunnelabschnitts eine wichtige Etappe in der Timeline des gesamten FAIR-Projekts.
Die Geschäftsführung mit dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino, der Administrativen Geschäftsführerin Ursula Weyrich und dem Technischen Geschäftsführer Jörg Blaurock unterstrich bei der Begehung die Bedeutung des konstruktiven Zusammenwirkens aller Beteiligten. „Dank des Engagements und der Leistung unserer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter stehen wir heute im ersten Tunnelabschnitt des FAIR-Beschleunigers SIS100“, sagte Jörg Blaurock. „Unser großes gemeinsames Ziel ist die Realisierung von FAIR. Ohne den täglichen Einsatz im Team wäre es nicht möglich, ein solches Megaprojekt zu organisieren und zu verwirklichen.“
Auch an zahlreichen weiteren Stellen auf der Großbaustelle ist zu erkennen, wie das FAIR-Projekt in der Realisierung stetig vorankommt: Die gute Entwicklung setzt sich beispielsweise in den nächsten Tunnelsegmenten des rund 1100 Meter umfassenden Beschleunigerrings fort. Dort laufen bereits die Betongießarbeiten für Bodenplatten, Wände und Decken, in weiteren Abschnitten entstehen Verschalungen und Bewehrungen für das Tunnelbauwerk. Deutlich fortgeschritten sind zudem die Arbeiten für das Kreuzungsbauwerk, ein weiteres entscheidendes Gebäude für FAIR, das den zentralen Knotenpunkt für die hochkomplexen Strahlführungen beherbergen wird. Wichtige bauliche Weichen werden auch für die Experimentierplätze von FAIR gestellt, so nimmt etwa die Baugrube für das CBM-Experiment umfassende Konturen an. (LW / BP)
]]>Die theoretische und experimentelle Untersuchung der Starken Wechselwirkung, ein Eckpfeiler des Standardmodels der Teilchenphysik, ist Ziel der Forschungsarbeiten von über 2500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Europa. Die Liste von offenen Fragen an der Grenze unseres derzeitigen Wissens in diesem Bereich ist lang und enthält die vollständige Entschlüsselung der dreidimensionalen Struktur des Protons, die Spektroskopie von Hadronen und ihren exotischen Zuständen, die Eigenschaften von heißem, dichtem Quark-Gluon-Plasma und die Präzisionsstudie des Standardmodels. Diese Forschungsthemen werden experimentell vor allem durch Teilchenkollisionen bei geringen (GeV-Bereich) und hohen (bis zu 14 TeV) Energien untersucht. Diese Experimente erfordern nicht nur eine eine kontinuierliche Weiterentwicklung von Detektoren, Daten-Aufnahmesystemen, Strahl und Targets sondern auch der zugrundeliegenden Theorie.
STRONG-2020, eine European Integrating Activity for Advanced Communities, wurde vor Kurzem von der EU-Kommission innerhalb des „Horizon-2020 – Forschungs- und Innovations-Rahmenprogramms“ genehmigt und soll sich mit den offenen Fragen bei der Untersuchung der Starken Wechselwirkung auf theoretischer und experimenteller Ebene befassen. Hierbei baut es auf die bisherigen Projekte der Hadronenphysik HP, HP2 und HP3 im Rahmenprogramm von FP6 und FP7 auf und geht darüber hinaus.
STRONG-2020, das von der NuPECC (Nuclear Physics European Collaboration Committee) ausdrücklich befürwortet wird, vereinigt vieleführende europäische Forschungsgruppen und -Infrastrukturen, die an der aktuellsten Forschung zur Starken Wechselwirkung beteiligt sind. Das Projekt stellt Mittel für einen transnationalen Zugang zu sechs erstklassigen Forschungsinfrastrukturen in Europa bereit, die sich gegenseitig durch die verschiedenen Teilchenstrahl-Eigenschaften ergänzen (COSY, MAMI, LNF-INFN, ELSA, GSI, CERN) und virtuellen Zugang zu Open-Source Codes und Automatisierungs-/Simulations-Tools bieten. STRONG-2020 fördert die Synergien zwischen Theoretikern und Experimentalisten, indem dieses Projekt die Aktivitäten des Europäischen Zentrums für Theoretische Studien in Kernphysik und verwandten Bereichen (ECT*, Trento) unterstützt.
Das STRONG-2020-Konsortium besteht aus 44 Institutionen, unter ihnen GSI und FAIR, aus 14 EU-Mitgliedsstaaten, einem EU-Beitrittskandidaten (Montenegro) und einer internationalen EU-Interessensgemeinschaft (CERN). Gemeinsam mit Gastgeber-Institutionen aus 21 weiteren Ländern, die sich ohne EU-Zuschüsse an den Aktivitäten beteiligen, findet die STRONG-2020-Forschung in 36 Ländern statt. Das Projekt ist unterteilt in 32 Arbeitspakete: Projektmanagement und -koordination, Verbreitung und Kommunikation, sieben transnationale Zugangsaktivitäten, zwei virtuelle Zugangsaktivitäten, sieben Netzwerk-Aktivitäten und 14 gemeinsame Forschungsaktivitäten.
Die Ergebnisse von STRONG-2020 werden einen entscheidenden Einfluss auf die Untersuchungen der Starken Wechselwirkung und des Standardmodels haben. Das Projekt wird außerdem zur Grundlagenforschung in der Physik über das Standardmodel hinaus beitragen und andere Bereiche wie Astrophysik und die Theorie der eng gekoppelten komplexen Systeme in kondensierter Materie beeinflussen. Die Werkzeuge und Methoden für diese hochmodernen Experimente innerhalb von STRONG-2020 werden die europäische Forschungsinfrastruktur und damit auch deren Wettbewerbsfähigkeit verbessern. Die entwickelten Technologien werden auch in Medizin (Diagnose-Werkzeuge, Krebstherapie) und Industrie (Zeilenkameras, 3D-Magnettechnologie) Anwendungen finden und könnten zu Fortschritten in der Informatik und dem Maschinellen Lernen führen.
Durch STRONG-2020 wird die Ausbildung von Studierenden und Postdoktoranden gefördert,, wodurch qualifiziertes Personal für den Arbeitsmarkt ausgebildet wird. Die Aktivitäten werden durch Outreach-Aktivitäten auf neuestem Stand der Wissenschaftskommunikation begleitet. (LW)
]]>
Nach der Begrüßung begleitete Professor Paolo Giubellino, der Wissenschaftlichen Geschäftsführer von FAIR und GSI, die beiden Gäste auf eine Rundfahrt über die FAIR-Baustelle, bei der insbesondere der Fortschritt bei den Tunnelbauarbeiten für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 und für das Experiment für komprimierte Kernmaterie CBM im Mittelpunkt standen.
In einem anschließenden Rundgang durch die Bestandsanlage erläuterte Professor Norbert Herrmann, der an der Uni Heidelberg lehrt und Sprecher der CBM-Kollaboration ist, den Großdetektor HADES und den vorbereitenden Aufbau miniCBM bei GSI. Professorin Silvia Masciocchi, ebenfalls Uni Heidelberg und Leiterin der Forschungsabteilung ALICE bei GSI, gab einen Einblick in die aktuellen Aufgaben des am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf, Schweiz, stehenden Messaufbaus, an dem GSI maßgeblich beteiligt ist. Die Professoren Yury Litvinov, Uni Heidelberg, und Thomas Stöhlker, stellvertretender Forschungsdirektor von FAIR/GSI, stellten die Speicherringe ESR und CRYRING sowie die Experimente in der Atomphysik vor. Professorin Christina Trautmann, Leiterin der Forschungsabteilung Materialforschung, sowie Dr. Ulrich Weber und Dr. Walter Tinganelli, Gruppenleiter innerhalb der Forschungsabteilung Biophysik, informierten die Gäste über die Bestrebungen der beiden Disziplinen.
Nach dem Rundgang kamen Rektor und Dekan noch einmal zu einer gemeinsamen Diskussionsrunde mit der Geschäftsführung und den Forschergruppen zusammen, um weitere Kooperationsmöglichkeiten auszuloten. GSI/FAIR und die Universität Heidelberg sind seit der Gründung von GSI vor 50 Jahren in ihrer Forschungsarbeit verbunden und arbeiten über diverse Projekte und gemeinsame Professuren/Abteilungsleitungen eng zusammen. (cp)
]]>Der 72 Jahre alte 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 folgte die Zeit als Post-Doktorand am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Ab 1976 war Braun-Munzinger 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 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. Nun kam die Verleihung der Stern-Gerlach-Medaille hinzu.
Auch die 64 Jahre alte Professorin Johanna Stachel, die jetzt als erste Frau die Stern-Gerlach-Medaille erhielt, ist über ALICE mit GSI verbunden. Die Kern- und Teilchenphysikerin, die an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz Chemie und Physik studiert und mit summa cum laude promoviert hat, konzentriert sich bei ihrer Forschung auf das Verständnis der Kollisionen von Atomkernen mit ultra-relativistischen Energien. Johanna Stachel lehrt an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Im Forschungszentrum CERN in Genf erforscht sie in Experimenten mit dem Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider das „Quark-Gluon-Plasma“und leitet das „Transition Radiation Detector“-Projekt bei ALICE; zudem ist sie Sprecherin des BMBF-Forschungsschwerpunkts ALICE. Von 2012 bis 2014 war sie Präsidentin der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Auch Johanna Stachels Wirken wurde bereits mit zahlreichen Auszeichnungen gewürdigt, unter anderem ist sie Mitglied der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina und hat das Bundesverdienstkreuz am Bande sowie den Lise-Meitner-Preis erhalten.
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR und bis 2016 Sprecher des ALICE-Experiments, zeigte sich sehr erfreut über die aktuelle Auszeichnung für Braun-Munzinger und Stachel: „Sie haben beide außerordentliche Beiträge zur Physik der Schwerionen-Kollisionen geleistet. Ich bin sehr froh, dass Professor Peter Braun-Munzinger als wissenschaftlicher Direktor des ExtreMe Matter Instituts EMMI seine große Kompetenz bei GSI einbringt und Grundlegendes dazu beiträgt, neue Aspekte extremer Materie zu entdecken und zu verstehen. Auch für das wissenschaftliche Programm des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR haben die wissenschaftlichen Arbeiten herausragende Bedeutung.“
Die Stern-Gerlach-Medaille ist die höchste Auszeichnung der DPG für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der experimentellen Physik. Sie wird jährlich verliehen. Der Preis besteht aus einer handgeschriebenen Urkunde aus Pergament und einer goldenen Medaille mit den Porträts der beiden Physiker Otto Stern und Walther Gerlach, nach denen auch der Stern-Gerlach-Versuch benannt ist, ein grundlegendes Experiment in der Physik. (BP)
]]>Die Zusammenarbeit zwischen CERN und GSI sieht vor, dass die Magnete – jeder hat ein Gewicht von mehr als 50 Tonnen – getestet und für den Betrieb qualifiziert werden, bevor sie im supraleitenden Fragmentseparator (Super-FRS), einem wichtigen Teil der FAIR-Anlage, eingesetzt werden. Denn nicht nur eine präzise Produktion der Hightech-Komponenten für FAIR ist entscheidend. Ebenso präzise müssen auch Prüfung und Qualitätssicherung der einzelnen Teile und Magnete sein.
Im Rahmen der Kooperation haben die Partner eine Testanlage mit drei Magnettestständen am CERN errichtet, wo nun die ersten Tests starten. Zunächst wird die Anlage intensive Dauertests der sogenannten Multipletts, supraleitende Magneteinheiten mit Korrekturlinsen, ermöglichen. Außerdem wird geprüft, ob sich die Magnete im Betrieb einwandfrei gemäß der hohen Qualitätsstandards verhalten. Die jeweils bis zu sieben Meter langen Multipletts dienen später im Super-FRS von FAIR der Strahlfokussierung, um einen hochpräzisen Teilchenstrahl zu erreichen.
Der Super-FRS des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR ist ein wichtiger Baustein der Gesamtanlage mit großem Entdeckungspotenzial für die Wissenschaft: In diesem Teil des Beschleunigerkomplexes geht es um Experimente zur Kernstruktur extrem seltener exotischer Kerne. Dafür werden Ionen der schwersten Elemente zunächst auf ein Ziel (Target) geschossen und durch den Aufprall zertrümmert. Unter den so entstandenen Fragmenten sind auch exotische Kerne, die am Super-FRS aussortiert und für weitere Experimente zur Verfügung gestellt werden. Dabei können mit dem neuen Separator Kerne bis hin zu Uran bei relativistischen Energien produziert, isotopenrein separiert und untersucht werden. Da dieser gesamte Vorgang nur wenige Hundert Nanosekunden dauert, ermöglicht der Super-FRS den Zugang zu sehr kurzlebigen Kernen.
Die Multipletts, die im italienischen La Spezia hergestellt wurden, sind ebenso wie das anschließende Testverfahren ein wichtiger Sachbeitrag (In-kind) von GSI zum FAIR-Projekt. GSI ist der deutsche Gesellschafter in der internationalen FAIR GmbH. Alle supraleitenden Magnete, die für den Super-FRS benötigt werden, sollen in wechselnder Abfolge in der neuen Testanlage am CERN geprüft werden. Dies beinhaltet sowohl die insgesamt 32 Multiplett-Einheiten, als auch 24 supraleitende Dipolmagnete, die für die Umlenkung des Teilchenstrahls benötigt werden. (BP)
]]>Die Jugendlichen waren aufgerufen, Daten des ALICE-Experiments auszuwerten und zu interpretieren. Unter fachgerechter Anleitung von Wissenschaftlern analysierten sie eigenhändig aktuelle Daten, die in Proton-Proton-Kollisionen und in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. Bei den Blei-Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, der im Universum kurz nach dem Urknall vorhanden war. 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.
Zwei Einführungsvorträge über das Quark-Gluon-Plasma, gehalten von Masterclass-Organisator Dr. Ralf Averbeck, und die Untersuchung von Schwerionenkollisionen am ALICE-Experiment, gehalten von Michael Habib, stimmten die Schüler auf die Auswertung ein. Sie besuchten außerdem das Großexperiment HADES, eines der laufenden Experimente an der GSI-Beschleunigeranlage, das auch ein Teil des zukünftigen FAIR-Beschleunigers werden wird. Danach starteten sie mit der Datenanalyse.
Grundidee des Programms ist, dass die Schüler weitgehend selbst wie Forscher arbeiten. Dazu gehört auch eine Videokonferenz zum Abschluss des Tages. In einer Konferenzschaltung mit Schülergruppen aus der Universitäten Frankfurt und Münster sowie dem CERN präsentierten und diskutierten die Jugendlichen ihre Messergebnisse.
Dieses Jahr nehmen 225 Universitäten und Forschungsinstitute in 55 Ländern an den International Masterclasses teil. Veranstalter ist die International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Alle Veranstaltungen in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt statt, zu dem auch GSI gehört. Ziel des bundesweiten Netzwerks zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen.
ALICE ist eines der vier großen internationalen Experimente, die am Large Hadron Collider (LHC) aufgebaut sind. Es ist das Experiment am LHC, das speziell auf die Untersuchung von Stößen zwischen schweren Atomkernen bei sehr hohen Energien ausgelegt ist. Wissenschaftler des GSI und deutscher Universitäten waren von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments. (cp)
Der Bundespolitiker und frühere Bürgermeister der Stadt Bad Soden am Taunus konnte den Fortschritt auf der Mega-Baustelle FAIR bei einer Rundfahrt über das Baufeld aus nächster Nähe besichtigen, von den immer weiter fortschreitenden Rohbauarbeiten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 bis zur Baugrube von CBM, einem der künftigen Groß-Experimentierplätze. Anschließend konnte Norbert Altenkamp bei einem geführten Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungseinrichtungen auf dem GSI- und FAIR-Campus erhalten. Er besuchte unter anderem den Teststand für supraleitende Beschleunigermagneten und den Hades-Experimentierplatz. (BP)
]]>Der Vertrag wurde von den Geschäftsführern von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, Ursula Weyrich und Jörg Blaurock, sowie von Dr. Petr Lukáš, Direktor des NPI, unterzeichnet. Das NPI ist vom Tschechischen Ministerium für Bildung, Jugend und Sport beauftragt, die Tschechische Republik bei FAIR zu vertreten und die auf FAIR bezogene Arbeit der tschechischen Wissenschaftscommunity zu koordinieren. Die Partnerschaft ist ein erster Schritt zu einer vollständigen Mitgliedschaft.
„Ich bin außerordentlich erfreut, dass wir die Tschechische Republik herzlich als unseren neuen Partnerstaat willkommen heißen können. Die Partnerschaft kann auf eine langjährig bestehende, sehr gute Zusammenarbeit von tschechischen Forschungseinrichtungen und GSI/FAIR aufbauen. Forscherinnen und Forscher aus der Tschechischen Republik leisten schon heute hervorragende Beiträge in einer Vielzahl von wissenschaftlichen und technischen Bereichen bei GSI und FAIR“, sagte Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer bei GSI und FAIR.
Tschechische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind beispielsweise beim Großdetektor HADES beteiligt, in der nuklearen Astrophysik sowie bei Entwicklungen und Forschungen für das CBM- und das PANDA-Experiment. Sie sind in allen vier FAIR-Forschungssäulen aktiv und wollen auch zum Bau von Komponenten für die FAIR-Beschleuniger beitragen. Das Engagement der tschechischen Wissenschaftscommunity bei FAIR wächst dabei rasch: Im Jahr 2016 arbeiteten 37 Wissenschaftler aus vier wissenschaftlichen Einrichtungen in der Tschechischen Republik an Themen mit Bezug zum FAIR-Projekt, in diesem Jahr werden es mehr als 60 aus sechs verschiedenen Einrichtungen sein.
„Es ist für uns eine große Freude, Partner von FAIR mit seinen weltweit einmaligen Forschungsmöglichkeiten zu werden. Die neue Vereinbarung ebnet den Weg für eine starke langfristige Zusammenarbeit der tschechischen Forschungsgemeinschaft und FAIR. Die Mitgliedschaft wird die Beziehungen unserer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu GSI und FAIR weiter intensivieren und weitere Möglichkeiten schaffen für eine noch fruchtbarere Zusammenarbeit unter anderem in den Bereichen Forschung, Ausbildungen und Innovation“, sagte NPI-Direktor Dr. Petr Lukáš.
Die Partner unterstrichen bei der Unterzeichnung der Vereinbarung außerdem ihren Wunsch, den Austausch wissenschaftlicher Erkenntnisse zwischen der tschechischen und den anderen europäischen Wissenschaftscommunitys zu stärken und betonten den außerordentlich hohen Stellenwert der Forschung, die künftig an FAIR betrieben werden kann.
Außerdem zeigt die neue Kooperation einmal mehr die Attraktivität des FAIR-Experimentierprogramms und das Vertrauen der internationalen Wissenschaftscommunity in das FAIR-Projekt. Die jetzige Vertragsunterzeichnung hat große Strahlkraft, um andere Länder ebenfalls anzuregen, sich am FAIR-Projekt mit seiner großen wissenschaftlichen und technischen Bedeutung zu beteiligen. (BP)
]]>Zu Beginn des Girls’Day wurden die Teilnehmerinnen von Dorothee Sommer, Leiterin der Personalabteilung, begrüßt. „Wir streben in allen Bereichen unserer Arbeit die Gleichstellung an“, erklärte Sommer. „Gleichberechtigung fängt im Kindesalter an, wo frühzeitig Stereotype aufgebrochen werden können und sollten. Wir möchten die Mädchen gerne für Forschung und Technik begeistern und sie motivieren, eine Berufswahl in diesem Gebiet in Betracht zu ziehen. Wir würden uns freuen, wenn einige von ihnen nach Ausbildung oder Studium wieder als Arbeitnehmerinnen zu uns zurückfinden.“
Nach einem gemeinsamen Rundgang durch die Beschleunigeranlagen und Experimente konnten die Schülerinnen im Anschluss in Forschungsabteilungen, Werkstätten und Technologielaboren ganz praktische Erfahrungen in unterschiedlichen technischen und wissenschaftlichen Arbeitsgebieten sammeln. Zahlreiche Abteilungen hatten sich mit einem speziellen Programm auf den Besuch der Mädchen vorbereitet und kümmerten sich intensiv um die jungen Besucherinnen. So durften die Schülerinnen beispielsweise selbst in der Werkstatt mit metallischen Werkstoffen arbeiten, Elektronik löten oder Materialproben, sogenannte Targets, für die Bestrahlung am Beschleuniger herstellen. Eine Gruppe besuchte auch das Baufeld, auf dem aktuell die weltweit einzigartige Beschleunigeranlage FAIR entsteht.
Am Ende blickten die Mädchen auf einen spannenden Tag zurück und konnten sich zudem über viele praktische Ergebnisse freuen, die sie in einer großen Plenumsrunde noch einmal präsentierten. „Wir haben ein Temperaturmessgerät selbst zusammengebaut. Es zeigt die Temperatur in Grad Celsius und in Kelvin an“, stellte eine Teilnehmerin ihr Projekt vor. „Hier im Raum sind es gerade 25 Grad Celsius, das sind 298 Kelvin.“ Andere Teams hatten Buttons aus Metall hergestellt, mit flüssigem Stickstoff Magnete schweben lassen, Fahrräder auf ihre vollständige Sicherheitsausstattung überprüft oder elektronische Bauteile selbst zusammengebaut und verlötet. Eine weitere Gruppe untersuchte die Eigenschaften von LEDs, eine andere stellte Proben aus Gips her und durchleuchtete sie mit Röntgenstrahlen.
„Wir können auf begeisterte Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern zurückgreifen, die den Forschungsbetrieb leben und lieben. Diesen Enthusiasmus geben sie am Girls’Day auch an die Mädchen weiter“, sagte Organisatorin Carola Pomplun, selbst Physikerin, aus der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit. „Die Nachfrage nach Plätzen bei uns ist sehr hoch. Dank der großen Unterstützung der Kolleginnen und Kollegen konnten wir dieses Jahr so viele Mädchen aufnehmen, wie noch nie zuvor. Unser Ziel ist es, sie zu einer Karriere in Technik und Naturwissenschaft zu inspirieren.“
Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Hochschulen und andere Einrichtungen in ganz Deutschland öffnen an diesem Tag ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten tätig sind. (cp)
Seit 2011 absolvierten bereits eine Reihe von MUST-Studentinnen Ausbildungs- und Forschungsaufenthalte beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und bei FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt.
Das neue GET_INvolved-Abkommen markiert nun den Start eines speziellen Ausbildungsprogramms für Studentinnen und Forscherinnen der MUST. Das Programm wird bis zu vier Studentinnen und Nachwuchswissenschaftlerinnen pro Jahr unterstützen. Sie werden in wissenschaftlichen Projekten arbeiten, die meist mit der neuen Forschungsanlage FAIR in Zusammenhang stehen, die derzeit in Darmstadt entsteht.
MUST ist dem Grundsatz der Exzellenz verpflichtet. Die Universität wurde 2004 gegründet mit dem Ziel, Frauen Wissen und Fähigkeiten zu vermitteln für Berufe, in denen sie mit modernen Technologien umgehen und Managementaufgaben übernehmen. Gleichzeitig ist die Universität bestrebt, ihnen Sensibilität in sozialen Fragen und ein gutes Umweltbewusstsein zu vermitteln, damit sie sich persönlich weiterentwickeln und zu einer besseren Gesellschaft beitragen können. MUST war die erste Institution, die im Rahmen eines Pilotprojekts des damals neuen GET_INvolved-Programms Studentinnen zu GSI und FAIR entsandt hatten.
Professor Paolo Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR, sagte: „FAIR wird der nächsten Wissenschaftsgeneration in der ganzen Welt und besonders Indien, dem drittgrößten Anteilseigner von FAIR, spannende Forschungsmöglichkeiten eröffnen. Wir sind sehr froh, dass wir mit MUST einen Kollaborationspartner gewinnen konnten, der speziell junge, talentierte Frauen ausbildet und fördert und damit zur Entwicklung der Gleichstellung von Frauen und Männern in unserem Forschungsbereich beiträgt.“
Professor R.K. Shivpuri, Direktor für internationale Beziehungen an der MUST, sagte: „Die MUST ist sehr stolz, Teil des GET_INvolved-Programms zu werden. Wir freuen uns, an den speziellen Ausbildungs- und Forschungsaktivitäten von GSI und FAIR teilzuhaben. Studentinnen der Ingenieurwissenschaften der MUST haben nun einmal mehr die Gelegenheit, an einer international erstklassigen Forschungseinrichtung mit Spitzentechnologien zu arbeiten und früh in ihrem Werdegang eine projektorientierte Denkweise zu erlernen. Wir hoffen, dass dies zu unserem Ziel beitragen wird, die Karriere junger Frauen in Forschung und angewandter Wissenschaft zu fördern.“ (mbe)
Mehr über die Auswirkungen hochenergetischer Strahlung auf den Menschen zu erfahren, gehört zu den entscheidenden Fragestellungen der Zukunft in der astronautischen Raumfahrt. Die genauere Erforschung ist eine der zentralen Aufgaben zum effektiven Schutz von Astronauten, trägt aber auch zu detaillierteren Erkenntnissen über Risiken von Strahlenbelastungen auf der Erde bei. Vor gut einem Jahr hatten ESA und FAIR eine enge Zusammenarbeit beschlossen und eine Kooperationsvereinbarung zur Erforschung kosmischer Strahlung unterzeichnet. Von dieser internationalen Kooperation können junge Forscher nun ganz besonders profitieren: Die neue Summer School ist ein direktes Ergebnis der damals vereinbarten gemeinsamen Aktivitäten der beiden Partner.
Für Studierende gibt es im Bereich der kosmischen Strahlenforschung bisher nur begrenzte Möglichkeiten, Erfahrungen zu sammeln und zu lernen. Dies soll sich nun ändern. Die „ESA-FAIR Radiation Summer School“ will die besten internationalen Nachwuchswissenschaftler mit einem attraktiven Angebot anziehen und damit auch Darmstadts Profil als Weltraumforschungsstandort schärfen. Die Summer School wird sowohl auf dem Gelände des ESA-Satellitenkontrollzentrums ESOC als auch auf dem GSI- und FAIR-Campus abgehalten, um Studierende in der grundlegenden Schwerionen-Biophysik sowohl für terrestrische Anwendungen (beispielsweise medizinische Therapien) als auch für Weltraumanwendungen (beispielsweise Erkennung, Überwachung und Schutz von Weltraumstrahlung) auszubilden.
Jährlich im Spätsommer können 15 Doktorandinnen und Doktoranden sowie Post-Docs aus verschiedenen naturwissenschaftlichen Disziplinen mit Bezug zur Strahlenforschung – etwa Physik, Medizin oder Biologie – nach Darmstadt kommen. Jeweils im Frühjahr startet die Bewerbungsphase. Das Angebot wendet sich vorwiegend an junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den ESA-Mitgliedsstaaten, aber auch darüber hinaus. Das wissenschaftlich hochkarätige Programm der Summer School beinhaltet unter anderem Vorträge von Experten, 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. Bei der praktischen Ausbildung haben die Studierenden auch die Möglichkeit, ihre Experimentideen unter Nutzung der Strahlzeit an den GSI-Beschleunigern im Rahmen des „FAIR-Phase 0“-Expermentierprogramms weiterzuentwickeln.
Die bestehende Beschleunigeranlage von GSI ist bereits 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 erheblich erweitert: FAIR wird Experimente mit einem noch größeren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten erlauben und die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung so genau simulieren können wie keine andere Beschleunigeranlage.
Professor Marco Durante, Direktor der Abteilung Biophysik des GSI, freut sich auf die neue Schule: "Strahlung ist die Haupthürde für die menschliche Besiedelung des Sonnensystems. Wir müssen die jungen Studierenden ausbilden, um dieses Problem anzugehen. Die Abteilung Biophysik arbeitet seit vielen Jahren mit der ESA zusammen, um kosmische Strahlung mit unserem Beschleuniger auf der Erde zu simulieren und die Auswirkungen und mögliche Gegenmaßnahmen, beispielsweise Abschirmungen, zu untersuchen. Die Studierenden werden ein enormes Fachwissen in der Teilchenstrahlungsphysik und -biologie erwerben. Sie werden die zukünftigen führenden Köpfe auf diesem Gebiet sein und hoffentlich Strategien finden, um eine noch sicherere Erforschung des Weltraums zu ermöglichen."
Auch Thomas Reiter, ESA-Koordinator internationale Agenturen, erwartet, dass die Forschung zum Thema kosmische Strahlung profitiert und betont: „Die Summer School hebt gleichzeitig das Engagement der ESA hervor, die Ausbildung in den Disziplinen Naturwissenschaften, Technik, Ingenieurwesen und Mathematik zu fördern und Fachwissen zu generieren, das für die Aktivitäten der astronautischen Raumfahrt relevant ist. Die ESA-FAIR Radiation Summer School wird weltweit einzigartig sein und große Aufmerksamkeit in der internationalen Forschungsgemeinschaft erzeugen.“ (BP)
Mit der Förderung der Mobilität von Studierenden sowie Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern soll das Programm die Zusammenarbeit zwischen den Partnern GSI und SUT in Forschung und Entwicklung für das FAIR-Projekt unterstützen sowie die Forschungsgruppen stärken, die bereits jetzt im Rahmen des FAIR-Projekts kollaborieren.
Unter dem Dach des GET_INvolved-Programms werden die Praktikantinnen und Praktikanten und Jungwissenschaftlerinnen und Jungwissenschaftler in solchen technischen oder wissenschaftlichen Projekten der Forschungsbereiche von GSI und FAIR arbeiten, die sich inhaltlich mit Themen der SUT überschneiden.
Bewerben können sich alle Studierenden und Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der SUT, die in das “Higher Education”-Programm der Universität eingeschrieben sind oder in einem Graduiertenprogramm („Ph.D. programme“). Ein Praktikum wird gewöhnlich sechs Monate dauern, ein Forschungsaufenthalt innerhalb einer Doktorarbeit ein Jahr.
Die SUT wurde 1990 gegründet als erste öffentliche, autonome Universität Thailands, die ihre jährlichen Finanzmittel aus der öffentlichen Hand bezieht und selbst verwaltet. Heute besuchen mehr als 15.000 Studierende die SUT, die in sieben Institute gegliedert ist: Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften, Medizin, Pflegewissenschaften, Agrartechnik, Sozialtechnik und Zahnmedizin. Wegen ihrer ausgezeichneten Reputation in Forschung und Lehre verlieh der Thailändische Staat 2010 der SUT den Titel einer Nationalen Forschungsuniversität. Der Thailändische “Research Fund” vergab 2008 der “School of Physics” der SUT das Prädikat “Exzellent”. (mbe)
Im Experiment brachten die Forscherinnen und Forscher das Edelgas Xenon zuerst mithilfe der GSI-Beschleuniger auf hohe Geschwindigkeiten, um die komplette Elektronenhülle der Atome abzustreifen. Die übrig gebliebenen Atomkerne wurden anschließend in den Experimentierspeicherring ESR eingespeist und abgebremst. Die Xenon-Kerne wurden dann an einer im Ring eingebauten Materialprobe, dem sogenannten Gas-Target, mit Wasserstoffkernen zur Wechselwirkung gebracht. Dabei kam es zu Reaktionen, in denen Xenon-Kerne ein Proton einfingen und sich in das schwerere Cäsium umwandelten – ein Vorgang, wie er auch in astrophysikalischen Szenarien erwartet wird.
Die Forscherinnen und Forscher sind bei der Untersuchung solcher Phänomene insbesondere mit zwei Herausforderungen konfrontiert, wie Dr. Jan Glorius aus der GSI-Forschungsabteilung Atomphysik erläutert: „Das Energieinterval, in dem die Reaktionen am wahrscheinlichsten unter astrophysikalischen Bedingungen auftreten, nennt man das Gamow-Fenster. Die Atomkerne innerhalb des Gamow-Fensters haben relativ geringe Energien von nur wenigen Megaelektronenvolt oder weniger. In anderen Worten: Sie sind eher langsam und damit in der benötigten Intensität schwer zu handhaben. Des Weiteren fällt der Wirkungsquerschnitt, also die Wahrscheinlichkeit für eine Interaktion der beiden beteiligten Partner, sehr stark mit der Energie ab. Es war bisher kaum möglich, geeignete Bedingungen für solche Reaktionen im Labor herzustellen. Dies sind die zwei Hauptgründe dafür, dass experimentelle Daten auf diesem Gebiet, insbesondere von schweren Kernen, sehr rar sind.“
„Für ein solches Experiment ist eine leistungsstarke Beschleunigeranlage wie die Kette aus Linearbeschleuniger UNILAC und Ringbeschleuniger SIS bei GSI nötig, um den schweren Reaktionspartner überhaupt als Teilchenstrahl zur Verfügung stellen zu können. Im Anschluss daran muss sich ein geeigneter Speicherring befinden, der den Strahl auf die Energien des Gamow-Fensters abbremst, dauerhaft speichert und zur Reaktion mit dem leichten Partner bringt“, sagt Professor Yuri Litvinov, der das maßgeblich beteiligte und von der Europäischen Union geförderte Forschungsprojekt ASTRUm bei GSI leitet. „Im Falle des durchgeführten Experiments konnte von uns gezeigt werden, dass der eigentlich für höhere Energien ausgelegte Speicherring ESR zu diesem Zweck nutzbar gemacht werden kann.“ Insbesondere ist ein sehr gutes Vakuum in der Anlage nötig. Bei den geringen Energien würden sich die Atomkerne sonst vermehrt Elektronen aus dem Restgas im Speicherring einfangen und gingen für das Experiment verloren.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gehen sogar noch einen Schritt weiter und machen sich diesen eigentlich unerwünschten Effekt gezielt zunutze. Auch im Target kommt es zu Wechselwirkungen der Xenon-Kerne mit Elektronen des Wasserstoff-Gases, die sich über die anschließende Abstrahlung von Röntgenlicht nachweisen lassen. Da dieser atomphysikalische Prozess sowohl sehr dominant als auch sehr gut verstanden ist, lässt sich hieraus ableiten, wie viele potentielle Xenon-Reaktionspartner für den Protoneneinfang zur Verfügung gestanden haben. Über ihre unterschiedliche, von der Masse abhängige Ablenkung im Magnetfeld des Speicherrings können die neu entstandenen Cäsium-Kerne nach dem Target von den übrig gebliebenen Xenon-Kernen getrennt und ebenfalls gemessen werden. Aus dem Verhältnis von potentiellen Reaktionspartnern und tatsächlichen Reaktionen lässt sich die Wahrscheinlichkeit für den Protoneneinfang bestimmen.
„Neben der Verbesserung der experimentellen Technik zum Erreichen von niedrigeren Energien des schweren Stoßpartners lieferte das Experiment wichtige Einschränkungen der bisher nur theoretisch vorhergesagten Reaktionsraten, die zur Modellierung der Elemententstehung genutzt werden“, sagt René Reifarth, Professor für Experimentelle Astrophysik an der Goethe-Universität Frankfurt und Sprecher des Experiments. „Das Experiment trägt entscheidend dazu bei, unser Verständnis der Nukleosynthese im Kosmos voranzubringen.“
Aufgrund des Erfolgs des Experiments sollen weitere Studien ähnlicher Reaktionen in den kommenden Experimentierzeiträumen am ESR durchgeführt werden. Um die Bedingungen in astrophysikalischen Szenarien noch besser nachzubilden, könnten sogar instabile Kerne produziert, anschließend über den GSI-Fragmentseparator aussortiert und in den Speicherring eingespeist werden. Ein weiterer Fortschritt in diesem Forschungsprogramm ist die bevorstehende Inbetriebnahme des dedizierten Niedrigenergie-Speicherrings CRYRING, der Teil der zukünftigen internationalen Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) sein wird, die gerade bei GSI gebaut wird. Er eignet sich besonders gut, um Ionenstrahlen bei niedrigen Energien zur Verfügung zu stellen.
Die Experimente fanden im Rahmen der Forschungskollaboration SPARC (Stored Particles Atomic Physics Research Collaboration) statt, die Teil des Forschungsprogramms von FAIR ist. Bei der Durchführung kamen durch die Verbundforschung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung geförderte Geräte zum Einsatz. (cp)
Mit einer neuen Filmtechnik wurde ein Zeitraffer-Video aus der Luft gedreht, das die Entwicklung eines ganzen Jahres zeigt: Für diesen sogenannten „Longterm Dronelapse“ wurden mit einer Drohne regelmäßig die gleichen Routen über die Baustelle geflogen. Die dabei gefilmten bewegten Zeitraffervideos wurden nun in einem einzigen Video kombiniert. Mehrere Videos, die im Laufe eines Jahres aufgenommen wurden, konnten dank GPS-Unterstützung überlagert werden, sodass die Fortschritte der Bauaktivitäten besonders deutlich werden. (LW)
Bald schon können sich Jungwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler aus Südafrika um ein Stipendium bewerben, das ihnen einen drei- bis sechsmonatigen Aufenthalt auf dem GSI- und FAIR-Campus erlauben wird. Die Doktoranden arbeiten überwiegend in Forschungsprojekten für die neue Beschleunigeranlage FAIR mit, die derzeit in Darmstadt entsteht. Zusätzlich können die graduierten Studierenden wissenschaftliche Vorträge sowie Symposien besuchen und sich auf dem gemeinsamen Campus von GSI und FAIR wissenschaftlich austauschen.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, freute sich sehr über das Abkommen: „In diesem Jahr feiern wir das 50. Gründungsjahr der GSI, und wir sind stolz darauf, dass wir mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in der ganzen Welt vernetzt sind. Mit unserer entstehenden Facility for Antiproton and Ion Research schaffen wir die Grundlage für die wissenschaftliche Zukunft in unserem Forschungsfeld, und wir möchten junge, talentierte Studierende und Wissenschaftler für die außerordentlichen Forschungsmöglichkeiten an der neuen FAIR-Anlage begeistern.“
Das iThemba-Labor für Beschleunigerwissenschaft (iThemba LABS) in Südafrika ist eine interdisziplinäre Wissenschaftseinrichtung für Entwicklung, Betrieb und Nutzung von Teilchenbeschleunigern und verwandten Forschungsgeräten, die von der Südafrikanischen National Research Foundation (NRF) getragen wird. Die Anlagen bieten Forschungsmöglichkeiten in subatomarer Physik, Materialforschung, Radiobiologie und der Erforschung und Entwicklung einzigartiger Radioisotope für die Nuklearmedizin und für industrielle Anwendungen. Im November 2018 hatten das südafrikanische Ministerium, iThemba LABS und FAIR beschlossen, einen Plan für eine engere Kollaboration zu erarbeiten.
Dr. Clifford Nxomani, stellvertretender CEO der NRF, sagte zu dem GET_INvolved-Abkommen: „Internationale Kooperationen sind ein Schlüssel zur Wissenschaftsförderung in Südafrika. Daher begrüßen wir, dass talentierte Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler jetzt die Möglichkeit erhalten, Forschungserfahrung in einem der besten Labore der Welt zu sammeln. Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg einer engen Zusammenarbeit zwischen iThemba LABS und der künftigen FAIR-Anlage.“
Dr. Faiҫal Azaiez, Direktor des iThemba LABS, hob hervor: „Die gute Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern ist ein zentraler Auftrag des iThemba LABS. Ich bin sehr froh, dass das Abkommen mit GSI und FAIR unseren jungen Studierenden nun ermöglicht, an der spannenden Wissenschaft eines der führenden Beschleunigerlabore der Welt teilzuhaben.“ (mbe)
Dr. Moritz Pascal Reiter wurde für seine beeindruckenden Forschungsergebnisse in den Bereichen der nuklearen Astrophysik und Kernstrukturphysik mit dem FAIR-GENCO-Nachwuchspreis ausgezeichnet. Er verwendete dazu ein Multireflektions-Flugzeit-Massenspektrometer, welches er am TITAN-Experiment an der kanadischen Forschungsanlage TRIUMF in Vancouver implementierte. Dadurch ermöglichte er eine Vielzahl an neuen Massenmessungen, vor allem an sehr kurzlebigen Kernen. In den ersten zwei Betriebsjahren konnten bereits ca. 200 verschiedene Isotope untersucht werden.
Die zwei Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die den GENCO Membership Award erhielten, sind:
„Die Begriffe Reiz und Romantik erwartet man eher nicht in einem so technischen Gebiet“, erläutert Hofmann, der mittlerweile nicht mehr aktiv forscht, jedoch weiterhin mit großem Eifer ehrenamtlich die Forschungsgemeinschaft unterstützt. „Bereits im Vorgänger unseres Reports, der schon im Jahr 1991 veröffentlicht wurde, beschrieben die damaligen Autoren eine Elemententdeckung als von besonderer Wichtigkeit, weil sie eben nicht mit einem Kometen oder einer neuen Sorte Käfer vergleichbar sei, da davon noch viele zu erwarten sind. Bei den Elementen wissen wir, dass es nur eine begrenzte Anzahl geben kann. Wir wissen aber nicht, wie viele es sein werden. Das macht eine Elemententdeckung zu etwas Besonderem, und daran hat sich bis heute nichts geändert.“ Auf diesem Gebiet ist Hofmann Experte, gehört er doch zu den Entdeckern der insgesamt sechs Elemente mit den Ordnungszahlen 107 bis 112, die bei GSI in Darmstadt erzeugt und unter anderem nach dem Bundesland Hessen und der Stadt benannt wurden.
Der Report gibt eine Definition, was ein neues Element genau ist, und ab wann die Entdeckung als solche zu werten ist. Das entscheidende Kriterium hierbei ist der Nachweis, dass das Element tatsächlich eine andere Anzahl an Protonen im Kern aufweist als bisher bekannte Nuklide. Da neu erzeugte schwere Elemente in der Regel instabil sind, ist der naheliegende – wenngleich nicht der einzige – Weg, eine Zerfallskette des Elements zu messen, die in bereits bekannten Nukliden endet. So ist das neue Element direkt an bereits sicher nachgewiesene Kerne angekoppelt, man spricht von einer genetischen Beziehung.
Mit großer Wahrscheinlichkeit werden die Forscher auch zukünftige Elemente mithilfe von Fusionsexperimenten an Teilchenbeschleunigern herstellen, wie es auch schon bei den letzten Neuzugängen im Periodensystem der Fall war. Technisch kann der Nachweis dabei mit physikalischen oder chemischen Methoden erfolgen. Dazu zählen beispielsweise Separatoren, Präzisionsmassenmessungen oder Messung der für ein Element spezifischen charakteristischen Röntgenstrahlung. Die Randbedingungen für eine Entdeckung sind dabei im Report genau beschrieben. Beachtung finden auch Anmerkungen zur Systematik der Messungen und zu Messfehlern.
Liegen mehrere berechtigte Ansprüche auf Entdeckung eines neuen Elementes vor, so ist nach den Kriterien entscheidend, wer den Beitrag zu seinem Fund zuerst an ein anerkanntes Fachmagazin übermittelt hat. Nicht das Datum der Herstellung des Elements oder der Zeitpunkt der Veröffentlichung des Beitrags sind also maßgebend, sondern das Datum der Einreichung. Dabei muss unter Umständen zusätzlich eine Gewichtung der wissenschaftlichen Inhalte vorgenommen werden, so dass auch später publizierte Ergebnisse zu einer Mitentdeckerschaft führen können.
Verantwortlich für die Anerkennung eines Elements sind zwei internationale Institutionen: Die Internationalen Unionen für reine und angewandte Chemie (IUPAC) und Physik (IUPAP). Anhand der festgelegten Kriterien bewerten dort Experten die wissenschaftlichen Veröffentlichungen zu neuen Elementen. Sie vergeben das Recht auf die Entdeckung, das auch mit der Erlaubnis der Benennung des neues Elements – im Rahmen der vorgegebenen Benennungskriterien – einhergeht. Ein Element darf ausschließlich nach einem real existierenden Ort, nach einer Stoffeigenschaft, nach einem mythischen Begriff oder nach einer Wissenschaftlerin oder einem Wissenschaftler benannt werden.
Im Moment sind IUPAC und IUPAP in dieser Hinsicht allerdings in einer Warteposition. Denn aktuell sind alle hergestellten Elemente bis hin zu Element 118 anerkannt und benannt. Die Forschungsgemeinschaft muss sich in Geduld üben bis zur Produktion oder zum Fund eines neuen Elements, um die neuen Kriterien erstmalig anwenden zu können. „Sehr wahrscheinlich wird es sich dabei um die Elemente 119 und 120 handeln, die im Periodensystem an nächster Stelle stehen und daher am ehesten produziert werden könnten“, sagt Hofmann. „Wir sind alle gespannt, wann es soweit sein wird.“ (cp)
Bericht über Kriterien für neue Elemente im Fachmagazin Chemistry International (Englisch)
]]>Die erstmalige Beobachtung einer Neutronensternkollision im Jahr 2017, die von Gravitationswellendetektoren als erstes aufgespürt wurde, war eine Sensation – auch für die Kernphysik. Wie von GSI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftlern vorhergesagt, gab es eindeutige Hinweise darauf, dass in diesen extremen kosmischen Ereignissen schwere Atomkerne erzeugt werden. Doch exakt welche Kerne in Neutronensternkollisionen produziert werden, ist noch unklar.
„Die Leuchtkraft der Neutronensternkollision lässt darauf schließen, welche Elemente bei diesem Ereignis entstehen“, sagt der GSI-Wissenschaftler Professor Gabriel Martínez-Pinedo, der maßgeblich an dieser Publikation und bereits auch an den Vorhersagen zur Entstehung von schweren Kernen in Neutronensternkollisionen beteiligt war. „Bei dem Ereignis 2017 konnten wir das noch nicht beobachten, weil die Neutronensternkollision hinter der Sonne verschwand und wir damit die Lichtemissionen in einer entscheidenden Phase nicht vollständig beobachten konnten.“ Doch schon bald werden die nächsten Beobachtungen von Neutronensternkollisionen erwartet. Um sie analysieren zu können, haben Martínez-Pinedo und seine Kollegen Vorhersagen getroffen, wie sich das Leuchten der Neutronensternkollision entwickelt, je nachdem welche kernphysikalischen Prozesse bei der Verschmelzung ablaufen und welche schweren Elemente entstehen.
Etwa einen Monat nach dem Ereignis wird die Leuchtkraft nur noch von ca. 30 verschiedenen Kernen beeinflusst, weil Kerne mit kurzen Lebenszeiten bereits zerfallen sind. Einige schwere Isotope sind dominant in der Energieabgabe und beeinflussen dadurch die Stärke und die Dauer des Leuchtens, zum Beispiel Californium-254, gefolgt von Radium-223 und Actinium und zuletzt dem Radium-225. „Wenn die Teleskope die nächste Neutronensternkollision in hoher Auflösung aufzeichnen, sehen wir dank unseres Modells wahrscheinlich schon anhand dessen, wie sich das Leuchten über die Wochen verändert, welche schweren Elemente entstanden sind und wie der Kernsynthese-Prozess abläuft“, sagt Martínez-Pinedo.
In die Modelle, mit denen die Leuchtkraft und -dauer vorhergesagt wird, fließen viele Kerneigenschaften ein, die jedoch noch nicht ausreichend bekannt sind. Hier kommt die Forschung an der im Bau befindlichen Beschleunigeranlage FAIR ins Spiel. Die Experimente der FAIR-Kollaboration NUSTAR haben hauptsächlich zum Ziel die schweren Kerne, die bei Neutronensternkollisionen oder Supernovae entstehen, mithilfe von Teilchenbeschleunigern im Labor zu erzeugen und genauer zu untersuchen. „Mit FAIR werden wir das Universum im Labor erforschen können“, sagt Professor Karlheinz Langanke, Forschungsdirektor von GSI und FAIR. „FAIR wird eine weltweit einzigartige Einrichtung sein. Mit ihr können Forscherinnen und Forscher die Vielfalt des Universums ins Labor holen, um fundamentale Fragen wie die Entstehung der chemischen Elemente im Kosmos zu untersuchen.“ (LW)
Originalveröffentlichung: Fingerprints of Heavy-Element Nucleosynthesis in the Late-Time Lightcurves of Kilonovae
]]>Der Besuch fand im Rahmen eines mehrtägigen Landesseminars in Darmstadt statt, für das sich die Teilnehmer durch erreichen der zweiten Stufe eines vierstufigen Auswahlprozesses zur Internationalen Chemieolympiade IChO qualifiziert haben. GSI ist seit vergangenem Jahr ein Programmpunkt und wird aufgrund der vielen positiven Rückmeldungen als regelmäßiger Bestandteil in das Seminar eingebettet. (JL)
Quarks, die kleinsten Bausteine der Materie, hat man in der Natur noch nie isoliert beobachtet. Sie sind vielmehr immer in Protonen und Neutronen gebunden. Ein Neutronenstern jedoch, der so viel wiegen kann wie unsere Sonne und doch nur die Größe einer Stadt wie Frankfurt aufweist, besitzt einen so dichten Kern, dass ein Übergang von Neutronenmaterie zu Quarkmaterie auftreten könnte. Physiker nennen diesen Prozess einen Phasenübergang, ähnlich dem Verdampfen von Wasser. Insbesondere ist ein solcher Phasenübergang möglich, wenn kollidierende Neutronensterne ein massives meta-stabiles Objekt mit Dichten bilden, die weit höher sein können als in Kernmaterie, und Temperaturen, die zehntausend Mal höher sind als im Inneren unserer Sonne.
Nachricht von möglichen Phasenübergängen im Weltall könnten wir durch die Messung von Gravitationswellen erhalten, die von den verschmelzenden Neutronensternen ausgesendet werden. Der Phasenübergang müsste im Gravitationswellensignal eine charakteristische Signatur hinterlassen. Wie diese aussehen könnte, haben die Forschergruppen aus Frankfurt, Darmstadt und Ohio (Goethe-Universität/FIAS/GSI/Kent University) sowie aus Darmstadt und Wroclaw (GSI/Wroclaw University) nun mithilfe moderner Supercomputer berechnet. Dazu verwendeten sie unterschiedliche theoretische Modelle für den Phasenübergang.
Findet ein Phasenübergang erst etwas nach der tatsächlichen Verschmelzung statt, tauchen geringe Mengen von Quarks allmählich überall im verschmolzenen Objekt auf. „Zum ersten Mal konnten wir mithilfe der Einstein-Gleichungen zeigen, dass diese kleine Änderung in der Struktur eine Abweichung im Gravitationswellensignal erzeugt, bis der neugebildete riesige Neutronenstern unter seinem eigenen Gewicht zu einem schwarzen Loch kollabiert“, erklärt Luciano Rezzolla, Professor für theoretische Astrophysik an der Goethe-Universität.
In den Computermodellen von Dr. Andreas Bauswein vom GSI Helmholzzentrum für Schwerionenforschung im Darmstadt tritt der Phasenübergang bereits direkt nach der Kollision auf – es bildet sich ein Kern von Quarkmaterie im Inneren des Zentralobjekts. „Wir konnten zeigen, dass es in diesem Fall eine deutliche Veränderung in der Frequenz des Gravitationswellensignals gibt“, sagt Bauswein. „Damit haben wir für die Zukunft ein messbares Kriterium für einen Phasenübergang in verschmelzenden Neutronensternen identifiziert.“
Noch sind nicht alle Details des Gravitationswellensignals mit den bestehenden Detektoren messbar. Sie werden aber mit der nächsten Generation von Messgeräten beobachtbar sein, oder auch, falls ein relativ nahes Verschmelzungsereignis stattfindet. Einen komplementären Ansatz zur Beantwortung der Fragen über Quarkmaterie bieten zwei Experimente: Am existierenden Messaufbau HADES bei GSI und am zukünftigen CBM-Detektor an der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), die gerade bei GSI errichtet wird, kann durch den Zusammenprall von Schwerionen komprimierte Kernmaterie entstehen. Dabei könnte es gelingen, Temperaturen und Dichten zu erzeugen, die vergleichbar mit den Zuständen in verschmelzenden Neutronensternen sind. Beide Methoden ermöglichen neue Einblicke in das Auftreten von Phasenübergängen in Kernmaterie und so auch in ihre grundlegenden Eigenschaften. (cp)
Auf einer Rundreise zu bedeutenden Wissenschaftsstandorten in Deutschland haben die griechischen Schülerinnen und Schüler auch einen Tag bei GSI und FAIR verbracht. Bei einer Führung lernten sie die Ionenquellen, den Linearbeschleuniger UNILAC, den Ringbeschleuniger SIS18, den Experimentierspeicherring ESR, die Testanlage für supraleitende Magnete, biophysikalische Labors, den Therapieplatz für die bei GSI entwickelte Krebstherapie mit Ionen und die FAIR-Baustelle kennen. (mbe)
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Die chemischen Elemente Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium tragen die Ordnungszahlen 100 bis 103 im Periodensystem der chemischen Elemente. Sie kommen auf der Erde nicht natürlich vor, sondern lassen sich nur künstlich erzeugen, beispielsweise in Kernverschmelzungsreaktionen an Teilchenbeschleunigern. Dabei können lediglich geringe Raten von höchstens einigen Atomen pro Sekunde produziert werden, die des Weiteren instabil sind und innerhalb von Sekunden bis Minuten wieder zerfallen. Eine Untersuchung ihrer chemischen Eigenschaften ist dementsprechend nur mit hohem experimentellen Aufwand an einzelnen Atomen möglich.
In den aktuellen Experimenten haben die Wissenschaftler die erste Ionisierungsenergie der Elemente untersucht. Diese Größe beschreibt die Energiemenge, die benötigt wird, um das am wenigsten stark gebundene Elektron aus der Außenschale eines neutralen Atoms zu entfernen. Dabei erwarteten die Forscher einen Anstieg der Ionisierungsenergie bis zum Nobelium, was dem Abschluss einer vollständig gefüllten Elektronenschale entspricht. Für das folgende Lawrencium, das wieder ein einzelnes, weniger stark gebundenes Elektron enthalten sollte, erwartete man hingegen eine geringere Ionisierungsenergie.
Entsprechende Werte für Nobelium und Lawrencium lagen bereits aus vorhergehenden Experimenten vor. Diese wurden nun durch Messungen der vier schwersten Elemente der Actinoiden ausgeweitet, so dass Messergebnisse aller 14 Elemente der Actinoidenserie vorliegen. „Die gemessenen Werte sind in Übereinstimmung mit Vorhersagen aktueller relativistischer Berechnungen, die parallel zum Experiment durchgeführt wurden, sowie mit den bei GSI von einer weiteren Arbeitsgruppe durchgeführten laserspektroskopischen Messungen an Nobelium“, erklärt Professor Christoph Düllmann, Leiter der Forschungsabteilung für die Chemie superschwerer Elemente bei GSI und am Helmholtz-Institut Mainz. „Mit dem Experiment konnten wir eindeutig zeigen, dass die Serie der Actinoiden mit dem Beginn einer neuen Elektronenschale beim Element Lawrencium abgeschlossen ist. Dieses Verhalten ist analog zu der Serie der leichteren Lanthanoide, die sich im Periodensystem über den Actinoiden befinden.“
Erzeugen und vermessen konnten die Forscher die künstlichen Elemente am Tandem-Beschleuniger und dem angeschlossenen Isotopenseparator der japanischen Forschungsorganisation JAEA in Tokai, Japan. Zur Bestimmung der ersten Ionisierungsenergien nutzen sie die sogenannte Oberflächenionisation. Ein Gasstrom in einem Teflonschlauch befördert dabei die Elemente in eine Tantal-Kammer mit bis zu 3000°C heißer Oberfläche, wo sie ionisiert werden können. Ein Vergleich der Anzahl eingeleiteter und ionisierter Atome liefert einen Wert für die Ionisierungseffizienz, aus dem sich wiederum das erste Ionisierungspotential des Elements bestimmen lässt.
Beteiligt an dem internationalen Experiment waren Forschungseinrichtungen aus Deutschland, den Niederlanden, Japan, Israel und der Schweiz. (cp)
Nach der Begrüßung durch Dr. Astrid Mannes stellten der Wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR und GSI, Professor Paolo Giubellino, die Administrative Geschäftsführerin von FAIR und GSI, Ursula Weyrich, und der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, das FAIR-Projekt vor. Zudem führte auch Dr. Ingo Peter, Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, in Details der Thematik ein.
Das Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) ist eines der weltweit größten Bauvorhaben für die internationale Spitzenforschung und entsteht derzeit am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Es wird Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus aller Welt ermöglichen, dort das Universum im Labor zu erforschen.
Die Bundestagsabgeordneten konnten sich aus erster Hand über FAIR informieren und nutzten die Gelegenheit, mit der FAIR- und GSI-Geschäftsführung detailliert über die weltweit einzigartige Teilchenbeschleunigeranlage zu diskutieren. Professor Paolo Giubellino, Ursula Weyrich und Jörg Blaurock antworteten auf Fragen nach dem aktuellen Stand des Projektes, gaben Hintergrundinformationen und boten einen kompakten Überblick über Wissenschaft, bauliche und technische Fortschritte, strategische Ziele und besondere Herausforderungen sowie die Entwicklung am Standort in Darmstadt.
Auch der gesellschaftliche Beitrag des Megaprojekts FAIR war ein wichtiges Thema. FAIR generiert neues Wissen für die Menschheit und leistet auf vielen Ebenen Wertbeiträge für die Gesellschaft, ob als Innovationstreiber, Anbieter hochqualifizierter, hochwertiger Arbeitsplätze und in der Ausbildung von Nachwuchswissenschaftlern und Ingenieuren oder in der Entwicklung neuer medizinischer Anwendungen. Die FAIR- und GSI-Geschäftsführung unterstrich: „FAIR wird ein wichtiger Baustein für die langfristige Sicherung der Zukunftsfähigkeit des Forschungsstandorts Deutschland im internationalen Kontext sein und zugleich eine starke Säule unserer Forschungslandschaft im weltweiten Wettbewerb. Eine zentrale Herausforderung der modernen Forschung besteht in einem vorausschauenden Denken über lange Zeiträume. FAIR wird nicht nur für die nächsten Jahre gebaut, sondern für die nächsten Jahrzehnte.“
Dr. Astrid Mannes, die selbst im Bundesausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung einen fachlichen Arbeitsschwerpunkt hat, freute sich über den Besuch der Vertreter der Darmstädter Großforschungseinrichtung in Berlin. „Es ist gut, wenn Forschungseinrichtungen, die öffentliche Förderung erhalten, sich der Politik auch direkt vorstellen. Zudem sind die angesprochenen Themen von großer Bedeutung. Daher war es für die anwesenden Abgeordneten wertvoll und wichtig, Hintergrundinformationen über das wissenschaftliche Großprojekt zu erhalten“, so die Bundestagsabgeordnete. (BP)
]]>Die Mitglieder des Magistrats, an deren Spitze der Darmstädter Oberbürgermeister Jochen Partsch steht, erhielten zunächst eine einführende Präsentation zur Forschung und Realisierung von FAIR. Aktuelle wissenschaftliche Aktivitäten und die Fortschritte des FAIR-Projekts, das eines der größten Forschungsvorhaben weltweit ist, standen dabei im Mittelpunkt.
Anschließend führte eine Bustour über das FAIR-Baufeld östlich der GSI. Zu den deutlich sichtbaren Baufortschritten gehörten unter anderem die Rohbauarbeiten am großen Ringbeschleuniger SIS100 sowie die Baugruben für das Kreuzungsbauwerk, den zentralen Knotenpunkt für die Strahlführungen, und für den CBM-Experimentierplatz. CBM ist eine der vier Forschungssäulen des künftigen Beschleunigerzentrums. (BP)
]]>Auf dem anschließenden Rundgang durch die Anlage besuchten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer unter anderem den Hauptkontrollraum, die Erzeugungsstätte der superschweren Elemente und den Behandlungsplatz für Tumortherapie mit Kohlenstoffionen. Auf der Aussichtsplattform auf die FAIR-Baustelle konnte sich die Gruppe einen Überblick über die Baumaßnahmen und den Fortschritt der Arbeiten verschaffen. (cp)
]]>Die Ionenstrahltherapie ist ein sich rasch entwickelnder Zweig der Tumorbehandlung. Da Ionen den größten Teil der Energie am Ende ihrer Reichweite deponieren, sind sie gute Kandidaten für eine effektive Behandlung von tiefsitzenden Tumoren und ermöglichen gleichzeitig eine effiziente Schonung des umliegenden gesunden Gewebes. Die bei GSI entwickelte Tumortherapie mit beschleunigten Kohlenstoffionen ist inzwischen in der breiten klinischen Anwendung angekommen und wird unter anderem am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT eingesetzt. In der aktuellen Forschung wird nun untersucht, welche Arten von Schwerionen – neben Kohlenstoffionen beispielsweise Sauerstoff- oder Heliumionen – bei einzelnen Tumorerkrankungen therapeutisch am wirksamsten sind. Für einige Tumorarten ist dies bereits heute eindeutig belegt, für andere sind noch weitere physiklaische und strahlenbiologische Studien nötig.
Hier setzt auch Olga Sokol an. Ziel ihrer Dissertation “Oxygen ions as a single and combined modality in radiotherapy (Sauerstoff-Ionen als einzelne und kombinierte Strahlentherapie-Modalität)“ am Fachbereich Physik der Technische Universität Darmstadt war eine experimentelle Untersuchung der relevanten Eigenschaften und eine Analyse der Möglichkeit, einen anderen Ionentyp, das Sauerstoff-16-Isotop, hauptsächlich zur Behandlung von hypoxischen Tumoren in die klinische Praxis einzuführen. Viele Tumore sind schlecht durchblutet und weisen deshalb auch eine schlechte Sauerstoffversorgung – eine sogenannte Hypoxie – auf. Der Sauerstoffmangel führt dazu, dass diese Tumore schlecht auf Strahlen- und Chemotherapie ansprechen, und fördert ihre Metastasierung. Hier könnten Behandlungen mit Sauerstoff Fortschritte bringen aufgrund ihrer spezifischen physikalischen Eigenschaften, nämlich einer erhöhten linearen Energieübertragung. In Olga Sokols Arbeit werden die erste umfassende Beschreibung und experimentelle Charakterisierung von 16-O-Sauerstoffionen aus physikalischer und strahlenbiologischer Sicht sowie die daraus folgenden Studien zur Behandlungsplanung vorgestellt. Ihre Arbeit führte sie bei GSI und am HIT durch.
Olga Sokol konnte zum ersten Mal experimentell zeigen, dass Sauerstoffionen gegenüber Kohlenstoffionen für die Bestrahlung von hypoxischen Tumoren in bestimmten Fällen von Vorteil sein könnten. Der Vergleich der Bestrahlungspläne mit Sauerstoff und leichteren Ionenstrahlen ergab, dass die Verwendung von Sauerstoffionen für hypoxische Tumore eine möglichst gleichmäßige Zielerfassung ermöglicht sowie in bestimmten Fällen zu einer Verringerung der Schädigung im Normalgewebe und auch in kritischen Organen führen könnte. Der vorgeschlagene Ansatz einer Tumortherapie mit Sauerstoffionen könnte somit den Therapieerfolg für einige Fälle von hypoxischen Tumoren verbessern. Betreut und begutachtet wurde die Arbeit von Professor Marco Durante, Leiter der GSI-Biophysik und Professor Thomas Aumann, Leiter der GSI-Abteilung Kernreaktionen. (BP)
]]>Nicht nur feiert GSI im Jahr 2019 seinen 50. Geburtstag, und die Mondlandung jährt sich zum 50. Mal. Auch hat die UNESCO das Internationale Jahr des Periodensystems der Elemente für 2019 ausgerufen. Das Jubiläumsprogramm steht daher ganz im Zeichen der bei GSI entdeckten sechs chemischen Elemente – zu jedem GSI-Element wird ein Vortrag über den Namensgeber gehalten. Abgerundet wird das Programm durch den traditionellen Weihnachtsvortrag, der dieses Jahr die wissenschaftlichen Erfolge der 50-jährigen GSI-Geschichte noch einmal Revue passieren lassen wird.
Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft 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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten. (CP)
Auf dem Rundgang durch den Campus besuchte die Gruppe den Kontrollraum der Beschleunigeranlage und den Speicherring CRYRING. Des Weiteren informierte sie sich über die Entdeckung von neuen Elementen am SHIP-Experiment, die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen sowie über das Großexperiment HADES. Den Baufortschritt von FAIR konnten die Marinesoldatinnen und -soldaten zum Abschluss bei einem Blick auf das FAIR-Baufeld in Augenschein nehmen.
Die Fregatte Hessen gehört zur Marine der Bundesrepublik Deutschland und wurde offiziell im Jahr 2006 in Wilhelmshaven als drittes Schiff der Sachsen-Klasse in Dienst gestellt. Sie ist das Patenschiff des Bundeslandes Hessen. Viele Schiffe und Boote der Marine pflegen Patenschaften zu einem Bundesland oder zu einer Stadt. Diese Patenschaften beruhen auf langjähriger Tradition und verdeutlichen die engen und freundschaftlichen Beziehungen zwischen Gemeinden und Politik und den Streitkräften in Deutschland. Um diese freundschaftliche Verbundenheit zum Bundesland Hessen weiter zu vertiefen, ist die Besatzung der Fregatte aktuell im Land unterwegs, um sich über kulturell, wissenschaftlich und industriell herausragende Einrichtungen zu informieren. (cp)
]]>Download von "target" – Ausgabe 17, Dezember 2018 (PDF, 7,8 MB)
Während der Zeremonie bedanke sich Takehiko Saito für das Zertifikat und versprach, die wissenschaftliche Zusammenarbeit der beiden Forschungseinrichtungen weiter zu fördern und zu intensivieren. Die Gastprofessur wird insgesamt drei Jahre laufen. Sie umfasst die Durchführung seiner Forschungen und die Betreuung von Studierenden und Nachwuchswissenschaftlern am IMP.
Nach seinem Masterabschluss in Physik an der University of Tsukuba in Japan promovierte Takehiko Saito 1999 am Niels Bohr Institute/University of Copenhagen in Dänemark über “Nuclear structure of A~180 nuclei”. Anschließend war er als Postdoc am Brookhaven National Laboratory, USA, tätig und wechselte danach vom Max-Planck-Institut für Kernphysik zu GSI, um Forschungen mit hochenergetischen seltenen Isotopstrahlen durchzuführen. Hier wurde er von 2006 bis 2012 auch Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiter, übernahm eine Professur an der Universität Mainz, ist Leiter der Hypernuklear-Gruppe bei GSI, untersucht exotische Hyperkerne und arbeitet für Nustar, eine der vier großen Experimentiersäulen des zukünftigen Beschleunigerzentrums FAIR. Außerdem übernimmt er seit September 2018 eine Stelle als Chefwissenschaftler beim Forschungsinstitut RIKEN in Japan.
Die Ehrung ist auch eine Anerkennung des Erfolgs und der Wichtigkeit der langjährigen wissenschaftlichen Kooperation zwischen dem Institute of Modern Physics in Lanzhou und dem GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt. Die Kooperation von CAS und GSI hat eine lange Tradition und deckt Beschleunigerphysik und Forschungsfelder wie Atom-, Kern- und Astrophysik sowie Materialforschung ab. Beide Forschungseinrichtungen betreiben Schwerionenbeschleuniger und planen Beschleuniger der nächsten Generation, FAIR in Darmstadt und HIAF in Huizhou. (BP)
]]>Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. An sieben aufeinanderfolgenden Samstagen zwischen Herbst- und Weihnachtsferien erfahren die Schülerinnen und Schüler in Vorträgen und Experimenten Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Wer an sechs von sieben Veranstaltungen teilnimmt, erhält das „Saturday Morning Physics“-Diplom. Der Besuch bei FAIR und GSI findet als Exkursion innerhalb der Reihe statt. Bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zählt GSI zu den Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes. (BP)
Auf der Jubiläumsseite informieren wir Sie über das Jahr hinweg über die verschiedenen Aktionen:
]]>Die jDPG ist ein Arbeitskreis innerhalb der Deutschen Physikalischen Gesellschaft. Sie organisiert sich lokal in 33 Regionalgruppen deutschlandweit und bietet Studierenden der Physik und auch interessierten Schülerinnen und Schülern jährlich über 200 regionale, bundesweite und internationale Veranstaltungen an. (cp)
Im ersten Quartal 2019 soll ESCAPE starten, eines von insgesamt fünf Projekten der EOSC-Initiative. Die Europäische Kommission unterstützt das ESCAPE-Projekt mit 16 Millionen Euro. Rund 1,3 Millionen Euro davon gehen zu GSI und FAIR – womit die hier angesiedelte Exzellenz erneut durch das erfolgreiche Einwerben von Förder- und Drittmitteln unterstrichen werden konnten. GSI und FAIR können bei ESCAPE auch ihre Kompetenz und Erfahrung rund ums Datenmanagement einbringen. Zudem gehören sie mit ihrer Expertise für Green IT, Hochleistungsrechnen und Scientific Computing zu den Key Playern auf diesem Feld. Auf dem Campus wird außerdem bereits eines der modernsten und effizientesten Rechenzentren der Welt, der Green IT-Cube, betrieben.
Eine Flut von Daten wird in den kommenden Jahren von den Einrichtungen der nächsten Generation im Bereich der Astronomie und der Teilchenphysik erwartet, zu denen als ein Herzstück auch das künftige Beschleunigerzentrum FAIR und seine vier großen Experimentiersäulen CBM, NUSTAR, PANDA und APPA gehören. Die Millionenförderung des ESCAPE-Projekts wird dazu beitragen, dass die weltweit führenden Forschungsinfrastrukturen gemeinsam nach Lösungen für ihre Datenherausforderungen, ihre Dateninteroperabilität und ihren Datenzugriff suchen. Damit wird die freie Zugänglichkeit der Grundlagenforschung für die gesamte internationale Gemeinschaft gewährleitet, von Fachleuten bis hin zur breiten Öffentlichkeit.
Das ESCAPE-Projekt wird vom Institut für Kernphysik und Teilchenphysik des CNRS (Centre national de la recherche scientifique), der französischen öffentlichen Forschungsorganisation, geleitet. Das Konsortium umfasst insgesamt 31 Partner, darunter europäische Partnereinrichtungen, gesamteuropäische Forschungseinrichtungen und mittelständische Unternehmen. Wichtige Partner sind GSI und FAIR. (BP)
Zukünftig könnten solche Beschleunigerstrukturen an GSI und FAIR für medizinische Forschung eingesetzt werden. „Beispielsweise sei eine solche Mikro-Beschleunigerstruktur für Elektronen interessant für die Zellbestrahlung in der Biophysik“, erläuterte Professor Dr. Oliver Boine-Frankenheim. (JL)
Mehr Informationen:
Pressemeldung TU Darmstadt
Originalpublikation in Physical Review Letters
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Die 166 tonnenschweren Quadrupoleinheiten bestehen jeweils aus einem supraleitenden Hauptquadrupolmagneten, kombiniert in verschiedenen Konfigurationen mit ebenfalls supraleitenden Korrekturmagneten (Sextupol- und Steerermagneten). Supraleitung bedeutet, dass der Strom, anders als in den üblichen Kupferkabeln, ohne jeglichen elektrischen Widerstand fließt. Um Supraleitung herzustellen, werden die Einheiten im Betrieb auf rund -270 Grad abgekühlt.
Die Technik dieser für den FAIR-Ringbeschleuniger sehr wichtigen Magnete war in einem langjährigen gemeinsamen Entwicklungsprogramm stetig weiter verbessert worden. Hauptaugenmerk der Optimierung waren dabei die Minimierung des Wärmeeintrages in das Kühlsystem, die Qualität des Magnetfelds und die mechanische Stabilität der Magnete bei schnellen Stromänderungen (hohen Rampraten) und bei hohen Wiederholraten. Die Magnete, in denen ein spezielles supraleitendes Kabel zum Einsatz kommt, das Nuklotronkabel, ermöglichen anders als die üblichen supraleitenden Magnete sehr hohe Feldanstiegsraten von bis zu vier Tesla pro Sekunde.
Die Quadrupole und Korrekturmagneten werden am JINR gebaut, danach durchlaufen die Einheiten in Dubna das nun per Vertrag festgelegte umfangreiche Testprogramm bei der endgültigen Betriebstemperatur von -270 Grad – unter anderem zur Dichtheit des hydraulischen Systems und zur Integrität der Stromkreise und Spulen. Für solche Tests war in einem gemeinsamen Vorhaben zwischen GSI und JINR in den vergangenen Jahren eine Testeinrichtung mit Kryoanlage in Dubna aufgebaut worden.
Wenn alle Tests bestanden sind, werden die Quadrupoleinheiten jeweils freigegeben und nach Deutschland geschickt, wo sie mit anderen durch GSI beschafften Komponenten zusammengebracht und zu ganzen Modulen für den SIS100 zusammengesetzt werden. Mit dieser Integration und Herstellung der Quadrupol-Module für den SIS100 wurde als Ergebnis einer zu Beginn des Jahres abgeschlossenen Ausschreibung die Firma Bilfinger Noell beauftragt, die auch die supraleitenden Dipole für den großen FAIR-Ringbeschleuniger fertigt.
Mit der Vertragsratifizierung und der Beauftragung verschiedener Firmen durch das JINR kann nun die Serienproduktion und das Serientesten der SIS100 Quadrupoleinheiten beginnen. Außerdem hat die Delegation – bestehend aus dem Technische Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, dem SIS100/SIS18-Leiter Peter Spiller, dem Leiter der Abteilung für Supraleitende Magneten und Tests (SCM), Christian Roux, sowie den Abteilungsmitarbeitern Alexander Bleile und Egbert Fischer – mit dem JINR im Zuge dieses Besuchs noch eine Rahmenvereinbarung unterzeichnet über die weitere Kooperation von GSI, FAIR und JINR auf dem Gebiet der supraleitenden Magnete.
Jörg Blaurock sagte dazu: „FAIR ist ein Megaprojekt, wir haben noch nicht alle Beauftragungen abgeschlossen. Diese Vereinbarung bietet mehrere Möglichkeiten, unsere Zusammenarbeit in Zukunft noch weiter zu auszubauen. Hauptarbeitsfelder der Zusammenarbeit sind die Herstellung und Prüfung von Magneten, aber es gibt auch Perspektiven für die Entwicklung von Techniken und Technologien für unsere Experimente, zum Beispiel für das CBM-Experiment." (BP)
]]>Am 22. November haben Dr. Christian Möhler (Universität Heidelberg), Dr. Patrick Wohlfahrt (TU Dresden) und Tabea Pfuhl (Universität Frankfurt) den Preis bei einer Festveranstaltung auf dem GSI-Campus in Darmstadt erhalten. Nach der Begrüßung durch Dr. Dieter Schardt, dem Vorstandsvorsitzenden des Fördervereins, und Grußworten von Gerhard Kraft, Initiator und entscheidender Wegbereiter der Tumortherapie am GSI Helmholtzzentrum, wurden die Preise im feierlichen Rahmen übergeben.
In ihrer Masterarbeit an der Universität Frankfurt hatte Tabea Pfuhl zum Ziel, die Dosisaufbau-Effekte beim Eindringen von Protonenstrahlung in Gewebe oder Wasser präzise zu vermessen und mit Simulationsrechnungen zu vergleichen. Mithilfe eines durchdachten Experimentaufbaus gelang es ihr, die Beiträge der Delta-Elektronen abzutrennen und somit auch die Dosisanteile der ansonsten experimentell schwer zugänglichen nuklearen Targetfragmente zu bestimmen. Die Experimente zu ihren Untersuchungen hat sie an der Protonen-Therapieanlage in Trento in Italien durchgeführt.
Eine Besonderheit in diesem Jahr ist, dass beide Preisträger für Dissertationen, Dr. Christian Möhler und Dr. Patrick Wohlfahrt, gemeinsam am gleichen Thema gearbeitet haben. Sie haben auf dem Gebiet der Reichweitenberechnung mittels Zwei-Spektren-Computertomografie umfassende und richtungsweisende Studien durchgeführt. Darüber hinaus haben sie es geschafft, ihre Erkenntnisse schrittweise in die klinische Anwendung zu überführen.
Diese nunmehr 20. Preisverleihung bedeutet eine langjährige Kontinuität in der Förderung von Nachwuchs auf dem Gebiet der Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Die Themen der wissenschaftlichen Arbeiten sind von grundlegender Bedeutung für die Weiterentwicklung der Ionentherapie, da die Ergebnisse der prämierten Arbeiten oftmals Einzug in die klinische Anwendung finden. Benannt ist die Auszeichnung nach Professor Christoph Schmelzer, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, wo die Schwerionentherapie in Deutschland in den 1990er Jahren bis zur klinischen Reife entwickelt wurde, bietet traditionell den passenden Rahmen für die jährliche Festveranstaltung.
Der Verein zur Förderung der Tumortherapie unterstützt Aktivitäten im Rahmen des Forschungsprojekts „Tumortherapie mit schweren Ionen" bei GSI 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 Patienten 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. Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten seit 2009 routinemäßig mit schweren Ionen behandelt. (JL)
]]>Der 33 Jahre alte Physiker Mustafa Schmidt hat vor seiner Promotion bereits mehrere Jahre in der Industrie gearbeitet. Der Preis, der mit 200 Euro Preisgeld sowie einem Zertifikat dotiert ist, wurde ihm für seine Dissertation zum Thema „Particle Identification with the Endcap Disc DIRC for PANDA“ verliehen. Betreut wurde seine Promotion durch Professor Dr. Michael Düren von der Justus-Liebig-Universität Gießen.
Der PhD-Preis wird seit 2013 einmal jährlich von der PANDA-Kollaboration für die beste Dissertation verliehen, die im Rahmen des PANDA-Experiments erstellt wurde. PANDA ist eines der Schlüsselexperimente am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, im Mittelpunkt stehen die Forschung mit Antimaterie sowie verschiedenen Themen rund um die schwache und die starke Kraft, exotische Zustände von Materie und die Struktur von Hadronen. In der Kollaboration arbeiten mehr als 500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 20 Ländern zusammen.
Dr. Mustafa Schmidt beschäftigt sich in seiner Dissertation mit einem Cherenkov-Detektor auf Basis der DIRC-Technologie als wichtigem Bestandteil des PANDA-Detektors, der an der FAIR-Beschleunigeranlage zur Identifikation geladener Teilchen aufgebaut wird. Kandidatinnen und Kandidaten 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 Kandidaten kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem PhD-Preis möchte die PANDA-Kollaboration die Beiträge von Studierenden zum PANDA-Projekt besonders würdigen. (BP)
]]>Auf der anschließenden Bustour über die FAIR-Baustelle präsentierte der Gesamtbaustellenleiter Harald Hagelskamp, den Fortgang der Arbeiten. Des Weiteren besuchte die Delegation das SHIP-Experiment, an dem die GSI-Elemente 107 bis 112 erzeugt wurden, sowie den Behandlungsplatz zur Tumortherapie mit Kohlenstoffionen. Am Speicherring CRYRING, einem In-Kind-Beitrag aus Schweden für FAIR, informierte sich die Gruppe insbesondere über die daran geplante atomphysikalische Forschung. Auch ein Besuch am Experiment für exotische Kerne R3B und dem zugehörigen GLAD-Magnet gehörte zum Programm. Zum Abschluss rekapitulierte Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von FAIR und GSI, noch einmal die Details zum FAIR-Bau in seinem Übersichtsvortrag. Der Tag klang mit einem gemeinsamen Abendessen und intensiven Gesprächen aus, bei denen sich die schwedischen Vertreter insbesondere sehr positiv über die zahlreichen Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler bei FAIR und GSI äußerten.
Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften ist die höchste wissenschaftliche Einrichtung in Schweden. Sie hat sich die Aufgabe gestellt, Wissenschaften, vor allem Naturwissenschaften und Mathematik, zu fördern. Sie hat ihren Sitz in der schwedischen Hauptstadt Stockholm und ist weltweit bekannt für die Ernennung der Nobelpreisträger in Physik und Chemie sowie die Verleihung des von der Schwedischen Reichsbank gestifteten Alfred-Nobel-Gedächtnispreises für Wirtschaftswissenschaften. Die Akademie ist in zehn sogenannte Klassen unterteilt, darunter auch die Physik-Klasse, die sowohl schwedische als auch externe Mitglieder umfasst. (cp)
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. Hauptziel von ALICE ist es, zu erforschen, wie die Materie im Universum Sekundenbruchteile nach dem Urknall aussah. Damals herrschten unvorstellbar hohe Temperaturen und Drücke, es existierte ein so genanntes Quark-Gluon-Plasma. Durch Kollisionen von schweren Ionen aus Blei wird am CERN-Beschleuniger LHC das Quark-Gluon-Plasma erzeugt und mit dem ALICE-Experiment untersucht.
Die Stern-Gerlach-Medaille ist die höchste Auszeichnung der DPG für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der experimentellen Physik. Der Preis besteht aus einer handgeschriebenen Urkunde aus Pergament und einer goldenen Medaille mit den Porträts der beiden Physiker Otto Stern und Walther Gerlach, nach denen auch der Stern-Gerlach-Versuch benannt ist, ein grundlegendes Experiment in der Physik. (BP)
Während des Treffens hatte Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von FAIR und GSI, die Gelegenheit, das FAIR-Projekt und seine wissenschaftlichen Perspektiven vorzustellen, sowie die Möglichkeit einer erweiterten Zusammenarbeit zwischen Südafrika und FAIR/GSI anzusprechen, was bei der Ministerin auf positive Resonanz stieß. Das Ministerium, iThemba LABS und FAIR werden nun gemeinsam einen Plan für die Kollaboration erarbeiten, der letztendlich zur direkten Beteiligung von Südafrika an FAIR führen könnte. Südafrika hat eine langjährige Tradition in der kernphysikalischen Forschung und vor Kurzem erst eine umfängliche Erweiterung der Anlagen bei iThemba LABS beschlossen. Das Land ist daher ein FAIR-Partner mit großem Potential.
Das iThemba-Labor für Beschleunigerwissenschaft (iThemba LABS) ist eine interdisziplinäre Wissenschaftseinrichtung für Entwicklung, Betrieb und Nutzung von Teilchenbeschleunigern und verwandten Forschungsgeräten. iThemba LABS vereint Forscher aus der physikalischen, medizinischen und biologischen Wissenschaft. Die Anlagen bieten Forschungsmöglichkeiten in subatomarer Physik, Materialforschung, Radiobiologie und der Erforschung und Entwicklung einzigartiger Radioisotope für die Nuklearmedizin und für industrielle Anwendungen. iThemba LABS hat bereits vielfältige Kollaborationsvereinbarungen und gemeinsame Ausbildungsprogramme mit Hochschuleinrichtungen und Forschungszentren auf der ganzen Welt. (cp)
]]>Die ALICE-Gruppe stellt unter anderem 20 neue Auslesedetektoren für die Zeitprojektionskammer zusammen, die das Herz des ALICE-Apparats darstellt. Nach vier Jahren intensiver Arbeit wurden Ende Oktober die letzten fünf Detektoren an das CERN geliefert. Die Produktion fand im GSI-Detektorlabor statt und profitierte stark von seiner hervorragenden Infrastruktur – und trug auch dazu bei, diese weiter auszubauen. (OeA)
]]>Das Institute of Modern Physics (IMP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hatte Yuri Litvinov aufgrund seiner herausragenden Beiträge zur Entwicklung von Präzisionsexperimenten mit gespeicherten hochgeladenen Ionen am Cooler Storage Ring (CSRe) in Lanzhou in der Provinz Gansu für den Preis nominiert. Der "Dunhuang-Preis" wird an ausländische Experten aus den Bereichen Wissenschaft, Technologie, Bildung, Gesundheit, Wirtschaft und Management verliehen, die einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung der Provinz Gansu geleistet haben.
Seit der ersten Verleihung im Jahr 1996 haben 177 ausländische Experten diesen Preis erhalten. Yuri Litvinov ist der zweite GSI-Wissenschaftler, der diese Auszeichnung erhält. Im Jahr 2004 wurde Otto Klepper für seine Beiträge zur erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen GSI und den IMP-Forschungsbereichen ausgezeichnet.
Yuri Litvinov hat in St. Petersburg Physik studiert und ist seit fast zwanzig Jahren Wissenschaftler bei GSI und FAIR. Mit Professor Hans Geissel als Doktorvater hat er 2003 eine Doktorarbeit an der Universität Gießen mit Auszeichnung verteidigt. Im Jahr 2009 ging er für zwei Jahre zum Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, wo er habilitierte. Seit 2011 ist Litvinov bei den APPA/SPARC-Forschungsaktivitäten von FAIR unter der Leitung von Professor Thomas Stöhlker aktiv involviert. Er ist unter anderem Koordinator der Experimente am Experimentierspeicherring ESR und seit 2012 Leiter der Abteilung "SPARC Detektoren" für FAIR. Yuri Litvinov, der auch als außerplanmäßiger Professor an der Universität Heidelberg tätig ist, hat bereits zahlreiche Würdigungen für seine wissenschaftliche Arbeit erhalten. (BP)
]]>Das Praktikum von Lilly Schönherr wurde von Dr. Wolfgang Quint und seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern aus der GSI-Atomphysik, insbesondere von Nils Stallkamp und Davide Racano, betreut. Sie war hauptsächlich an den Experimenten ARTEMIS und HILITE der Ionenfalle HITRAP tätig, die an den Experimentierspeicherring ESR angeschlossen ist. Während ihrer Arbeit konnte Lilly unter anderem Detektoren einbauen, Vakuum-Bauteile auf ihre Dichtigkeit prüfen oder ein thermisches Schild mit einer mehrschichtigen Folie ausstatten. Auch Fräsen in der Werkstatt, die Arbeit mit elektronischen Bauteilen und das Design von mechanischen Komponenten mit einem CAD-Programm gehörten dazu. Lilly möchte nach Abschluss der Schule Physik studieren.
Zum Arbeitskreis Schule Wirtschaft Hessen gehören die sieben Arbeitskreise Fulda, Mittelhessen, Nordhessen, Osthessen, Rhein-Main-Taunus, Südhessen und Wiesbaden-Rheingau-Taunus. Die Geschwister-Scholl-Schule gehört zum Arbeitskreis Osthessen, und dort zum Unterarbeitskreis Offenbach Ost. Der Wettbewerb wird in sechs Schulformen durchgeführt. Eine Jury aus Repräsentanten von Schulen und Betrieben bewertet die Berichte nach ihrer formalen Struktur, ihrem Inhalt, ihrer Gestaltung und Originalität und nach dem Gesamteindruck. Die Gewinner der jeweiligen Schulformen auf Hessen-Ebene erhalten Preisgelder.
Die Realisierung des Beschleunigerzentrums, das derzeit beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt entsteht, hat seit dem ersten Spatenstich für den großen Ringbeschleuniger SIS100 im Sommer 2017 viel Tempo aufgenommen. „Gut ein Jahr nach Baubeginn konnten wir in München zeigen, wo wir heute bereits stehen und wieviel Dynamik in dem Projekt steckt“, sagte Jörg Blaurock, der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI. Er zog nach dem Messeauftritt eine positive Bilanz. „Die Messe-Tage boten durch die Präsenz vieler relevanter Akteure des Bausektors eine hervorragende Gelegenheit, um das FAIR-Projekt in der Baubranche noch stärker zu profilieren und aktiv die nächsten Schritte in der Vergabe weiterer Leistungen vorzustellen.“
Auch in diesem Jahr war ein großes Interesse am Markt rund um das Thema FAIR-Realisierung zu verzeichnen. Potenzielle Auftragnehmer und Bietergemeinschaften für die anstehenden Arbeiten auf der FAIR-Baustelle nutzten rege die Gelegenheiten, sich im direkten Gespräch umfassend über das FAIR-Bauvorhaben und eine mögliche Beteiligung zu informieren. „Die Dialoge haben auch gezeigt, dass ein wissenschaftliches Megaprojekt wie FAIR äußerst reizvoll für das Portfolio eines Bauunternehmens ist. Wir haben wichtige Fachkontakte hinzugewonnen“, sagte Jörg Blaurock, der gemeinsam mit Michael Ossendorf, Direktor Bau FAIR Site & Buildings, und Klaus Ringsleben, Chairman im FAIR Building Advisory Committee, die aktuellen Aufträge für das FAIR-Projekt beim Messeauftritt in München präsentiert hatte.
Bei der Realisierung von FAIR bezieht sich ein großes Auftragsvolumen derzeit auf das komplexe Thema technische Gebäudeausrüstung (TGA), die im Einklang mit dem Beschleunigerbau erfolgt. Zahlreiche Einzelgewerke müssen dabei ineinandergreifen. „FAIR erfordert keine Standardausführungen, sondern maßgeschneiderte Lösungen, die zugleich wirtschaftlich und effizient sind. Das ist eine Herausforderung. Die bauliche Komplexität wird deshalb in enger Zusammenarbeit mit der Gesamtplanung in marktgerechte Vergabeeinheiten verpackt“, erläutert Michael Ossendorf. Mit der Bekanntmachung für die nächsten TGA-Pakete, darunter beispielsweise Lüftung und elektrotechnische Anlagen, wird noch in diesem Jahr begonnen, die Auftragserteilung ist für 2019 vorgesehen.
Auch Klaus Ringsleben ist zufrieden mit dem FAIR-Messeauftritt. „Wir konnten mit umfassenden, kompetenten Informationen und guter Vorbereitung überzeugen und über unser wissenschaftlich und technisch außergewöhnliches Bauvorhaben eingehend informieren. Mit unserem Messeauftritt haben wir eine exzellente Visitenkarte abgegeben.“
Bewährt hat sich auch die erneute Partnerschaft mit der Wissenschaftsstadt Darmstadt: Das FAIR-Projekt war auch in diesem Messe-Jahr mit seinem eigenen Auftritt eingebunden in den Darmstadt-Stand als Teil der Metropolregion Frankfurt-Rhein-Main. Die Fachmesse Expo Real zählt mit rund 40.000 Besuchern jedes Jahr zu den wichtigsten europäischen Branchentreffen für Immobilien, Bauen und Standortmarketing. (BP)
]]>Johannes, in welche Forschungsbereiche konntest du bisher überall reinschnuppern?
In der ersten Woche habe ich bei SHIPTRAP und TASCA die Experimente mit superschweren Elementen kennengelernt. Erstmal gab es jede Menge Erklärungen, aber dann konnte ich auch mithelfen, z.B. die Magnete mit flüssigem Stickstoff befüllen, Filamente für ein Experiment herstellen, eine Experimentierreihe starten und stoppen und bei Umbauarbeiten helfen. Dann habe ich ein paar Tage bei der Kernspektroskopie verbracht, wo ich in einem Experiment die Lichtgeschwindigkeit messen durfte, das war etwas Besonderes. Jetzt bin ich im Targetlabor und stelle Targets aus Goldfolie her.
Welche Erfahrungen im Praktikum haben dich weitergebracht?
In der Arbeitsgruppe Kernspektroskopie wurde nur Englisch gesprochen. Meine Betreuerin hat das absichtlich so organisiert, damit ich gefordert werde – und das war tatsächlich super! Außerdem konnte ich jetzt schon einmal in den Forschungsalltag hineinschnuppern. Da ich ab Oktober in Rostock Physik studiere, stellt sich für mich irgendwann die Frage, ob ich in die Industrie oder die Forschung gehe. Eine Seite habe ich jetzt schon ein bisschen kennengelernt.
Was hast du in deiner Freizeit gemacht?
Ich habe im Gästehaus gewohnt und war daher die meiste Zeit auf dem Campus. Letzte Woche haben die Sommerstudenten ihre Abschiedsparty gefeiert und ich war dabei. Das war super! Am Wochenende war ich dann in Darmstadt und habe mir die Stadt angeschaut. Ansonsten habe ich abends mit meiner Familie geskypt oder einen Film geschaut.
Mit welcher Idee hast du den „Jugend forscht“-Sonderpreis gewonnen?
Unser Projekt hieß „Warum ist die Bananenflanke krumm?“. Grund dafür, ist der sogenannte Magnus-Effekt, der durch den Druckunterschied hervorgerufen wird, der durch die Rotation des Balls entsteht. Zusammen mit zwei Freunden habe ich eine Formel hergeleitet, um die Magnus-Kraft auf Kugeln und Zylinder zu berechnen. Meine Freunde, beide Informatiker, haben ein Simulationsprogramm geschrieben und wir haben die Ergebnisse anschließend mit Experimentdaten verglichen.
Welche Erkenntnisse nimmst du von deiner Zeit hier mit nach Hause?
Der Arbeitsalltag als Physiker ist sehr abwechslungsreich. Es wird viel ausprobiert und auch mal improvisiert. Außerdem waren, zumindest auf den ersten Blick, weniger Berechnungen und Mathe im Spiel, als ich gedacht hätte. Von den Goldtargets, die ich hier gerade herstelle, darf ich als Andenken übrigens auch welche mit nach Hause nehmen!
(LW)
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Dr. Ingo Peter und Carola Pomplun von der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit begrüßten die Gäste. Bei ihrem Besuch konnten sich die Teilnehmerinnen und Teilnehmer, unter ihnen auch die Landtagskandidaten von CDU und SPD, Irmgard Klaff-Isselmann und Tim Huß, selbst ein Bild von der Mega-Baustelle für die künftige FAIR-Beschleunigeranlage machen. Besonders interessant war dabei die Aussichtsmöglichkeit auf das Bauareal vom Hügel über dem bestehenden, inzwischen umfangreich ertüchtigten Ringbeschleuniger SIS18. Für die Gäste gab es außerdem Erläuterungen über die herausragenden Experimentiermöglichkeiten, die sich für Forscherinnen und Forschern an FAIR eröffnen.
Der Grenzgang, organisiert vom Wixhäuser Bezirksverwalter Bernd Henske und dem ersten Vorsitzenden des Gewerbevereins Klaus Müller, startete am Kerbplatz Wixhausen und endete mit einer Schlussrast an der Aumühle. Der Wixhäuser Grenzgang wird seit der Eingemeindung 1977 wieder veranstaltet, die Bezirksverwaltung hat damit eine alte Tradition erneut aufleben lassen. (BP)
]]>Gisela Taucher-Scholz studierte Biochemie in Santiago, Chile, und erwarb ihre Promotion mit einer Forschungsarbeit am Max-Planck-Institut für Medizinische Forschung in Heidelberg. Seit 1988 ist sie in der Abteilung Biophysik von GSI tätig und leitet dort seit 1999 eine Forschungsgruppe. Seit 2012 hat sie eine Honorarprofessur für Biologie an der Technischen Universität Darmstadt (TUD) inne. Ihre Forschungsschwerpunkte sind die molekulare Radiobiologie von geladenen Teilchen, die DNA-Reparatur im Kontext des Chromatins, sowie raumzeitliche Studien und Lebendzellmikroskopie von Reparaturproteinen. Neben der Forschung stellt die Förderung des akademischen Nachwuchses ihr hauptsächliches Anliegen dar. Dies spiegelt sich wider in ihrem langjährigen Engagement beispielsweise als Jurorin bei „Jugend Forscht“ oder im Projekt „Brückenschlagen“ mit wissenschaftlichen Vorträgen an Schulen. Seit 2011 ist sie im Masterstudiengang Technische Biologie verantwortlich für das Modul „Strahlenbiophysik“, welches jedes Wintersemester bei GSI durchgeführt wird.
Der Ulrich-Hagen-Preis wird seit 2004 an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für hervorragende Verdienste um die Strahlenforschung verliehen. Der Preis ist nach Professor Ulrich Hagen (1925–2007), dem Pionier der molekularen Strahlenbiologie, benannt.
Die GBS verleiht die Auszeichnung alle zwei Jahre für bedeutende Leistungen in der biologischen Strahlenforschung. Für die Verleihung spielen neben der wissenschaftlichen Exzellenz weitere Kriterien, wie Beiträge zur Nachwuchsförderung sowie Vernetzung und Einsatz in der deutschen Forschungslandschaft, eine Rolle. (cp)
]]>Dies ist eine gemeinsame Pressemitteilung der Universitäten Münster und Heidelberg sowie des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt.
Etwa zehn Millionstel Sekunden dauerte es, bis die Bausteine der Materie unserer heutigen Alltagswelt entstanden, so die gängige Annahme von Experten: Nach dem Urknall vor 13,7 Milliarden Jahren bewegten sich Quarks und Gluonen, zwei Arten von Elementarteilchen, deren Wechselwirkung von der Quanten-Chromodynamik, der Theorie der starken Wechselwirkung beschrieben wird, in den allerersten Augenblicken des Universums frei in einem Quark-Gluon-Plasma. Dann vereinigten sie sich und bildeten beispielsweise Protonen und Neutronen, aus denen die Kerne von Atomen bestehen und die zur Teilchenklasse der Hadronen gehören. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature“ präsentiert ein internationales Forscherteam nun eine Analyse der Ergebnisse langjähriger Experimente an Teilchenbeschleunigern, die Licht auf die Natur dieses Phasenübergangs wirft. Unter anderem bestimmten die Forscher mit Präzision die Übergangstemperatur und erhielten neue Erkenntnisse zum Mechanismus, wie ein Quark-Gluon-Plasma beim Abkühlen in die normalen Materiebausteine wie Protonen, Neutronen oder Atomkerne ausfriert. Das Forscherteam besteht aus Wissenschaftlern vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt sowie von den Universitäten Heidelberg, Münster und Breslau (Polen).
Messungen bestätigen vorhergesagte Übergangstemperatur / Einhundertzwanzigtausend Mal heißer als das Innere der Sonne
Ein zentraler Befund: Die Experimente bei weltweit höchster Energie mit dem ALICE-Detektor am Kernforschungszentrum CERN (Large Hadron Collider, LHC) produzieren Materie, in der Teilchen und Antiteilchen mit sehr genau gleicher Häufigkeit vorkommen, identisch mit der Urknallmaterie. Das Team bestätigt durch die Analyse der in den Experimenten gewonnenen Daten theoretische Vorhersagen, nach denen der Phasenübergang zwischen Quark-Gluon-Plasma und hadronischer Materie bei einer Temperatur von 156 Megaelektronenvolt geschieht. Das entspricht einer Temperatur, die Einhundertzwanzigtausend Mal heißer ist als das Innere der Sonne.
Teilchen trotzen hohen Temperaturen im Verbund
Die Physiker analysierten eine Vielzahl an Teilchen und Antiteilchen genauer. „Unsere Untersuchungen bringen mehrere überraschende Erkenntnisse mit sich. Eine davon ist, dass leichte Atomkerne und ihre Antiteilchen bei der gleichen Temperatur wie Protonen und Antiprotonen erzeugt werden, obwohl ihre Bindungsenergien etwa einhundert Mal kleiner sind als die der Übergangstemperatur entsprechende Energie“, sagt Prof. Dr. Anton Andronic von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, vormals GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Die Wissenschaftler vermuten, dass solche „schwach gebundenen“ Teilchen den hohen Temperaturen zunächst als kompakte Multi-Quark Zustände trotzen, die sich erst bei viel niedrigerer Temperatur in die beobachteten leichten Atomkerne oder Antikerne entwickeln. Die Existenz solcher Multi-Quark Zustände wurde seit langer Zeit vermutet, ohne dass konkrete Hinweise darauf gefunden werden konnten.
„Confinement“: Charm-Quarks wandern im Feuerball
Eine andere besonders interessante Beobachtung betrifft ein zwar seit langer Zeit bekanntes, aber bisher nicht verstandenes Phänomen: Normalerweise sind Quarks im Innern von Protonen und Neutronen eingeschlossen; isolierte Quarks kommen nicht vor – eine Eigenschaft, die fachsprachlich mit „confinement“ bezeichnet wird. Im Inneren des Feuerballs, der nach einer Kernkollision im Teilchenbeschleuniger entsteht, ist dieses „confinement“ aufgehoben („deconfinement“). Die neue Studie zeigt: Charmonium-Zustände – sogenannte J/psi-Mesonen, bestehend aus einem schweren Charm-Quark und seinem Antiteilchen –, werden bei LHC-Energie weit häufiger erzeugt als bei niedrigerer Energie, zum Beispiel am „Relativistic Heavy Ion Collider“ in den USA. Wegen der höheren Energiedichte am LHC war das Gegenteil, nämlich eine Reduktion durch Dissoziation von J/psi-Mesonen, erwartet worden. Andererseits war vor 18 Jahren von zwei Team-Mitgliedern (Prof. Dr. Peter Braun-Munzinger, GSI, und Prof. Dr. Johanna Stachel, Universität Heidelberg) eine erhöhte Produktion vorhergesagt worden aufgrund des „deconfinements“ der Charm-Quarks. Dieser Vorschlag wurde in einer Serie von Veröffentlichungen vom gesamten Team detailliert ausgearbeitet. Die nun beobachtete verstärkte Produktion der J/psi-Teilchen bestätigt die Vorhersage: J/psi-Mesonen werden nur dann in der beobachteten großen Anzahl produziert, wenn ihre Bestandteile, die Charm- und Anticharm-Quarks, sich in diesem Zustand bis zu einem Billiardstel Zentimeter weit frei bewegen können – das entspricht ungefähr zehn Mal der Größe eines Protons. „Diese Beobachtungen sind ein erster Schritt, um das Phänomen des ‚confinements‘ im Detail zu verstehen“, unterstreicht Prof. Dr. Krzysztof Redlich von der Universität Breslau.
Experimente am Kernforschungszentrum CERN und am Brookhaven National Laboratory
Die Daten stammen aus mehrjährigen Untersuchungen im Rahmen des Experiments „ALICE“ am Teilchenbeschleuniger „Large Hadron Collider“ (LHC) des Kernforschungszentrums CERN bei Genf. Mit „ALICE“ untersuchen Wissenschaftler aus 41 Ländern anhand von aufeinanderprallenden Strahlen aus Bleiatomkernen den Zustand des Universums unmittelbar nach dem Urknall: Bei den Kollisionen dieser Atomkerne entstehen die höchsten jemals durch Menschen erzeugten Energiedichten. Als Folge dieser Zusammenstöße bildet sich Materie (Quarks), wie sie unmittelbar zu Beginn des Universums existierte. Pro Kollision entstehen mehr als 30.000 Teilchen, die mit den „ALICE“-Detektoren vermessen werden. In die aktuelle Studie flossen außerdem Daten aus Experimenten an zwei Teilchenbeschleunigern mit niedrigerer Energie ein: dem „Super Proton Synchroton“ am CERN sowie dem „Relativistic Heavy Ion Collider“ am US-amerikanischen Brookhaven National Laboratory auf Long Island, New York.
Die Arbeiten wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1225 „Isolierte Quantensysteme und Universalität unter extremen Bedingungen (ISOQUANT)“ von der Deutschen Forschungsgemeinschaft unterstützt. Sie wurden außerdem durch das polnische National Science Center (NCN) gefördert (Maestro grant DEC-2013/10/A/ST2/00106).
Die Untersuchung relativistischer Kern-Kern Stöße hat eine lange Tradition bei GSI, zunächst am SIS18 Beschleuniger und später am CERN SPS. Bis 1995 lag die Leitung der Gruppe bei Prof. Dr. Rudolf Bock, ab 1996 bei Prof. Dr. Peter Braun-Munzinger.
Die ALICE Gruppe bei GSI ist seit 1996 Mitglied der ALICE Kollaboration und hat sowohl im Aufbau des Experiments als auch im Betrieb und in der Datenanalyse eine Schlüsselfunktion inne. Herr Prof. Braun-Munzinger hatte als Leiter des (Spurendriftkammer-)TPC-Projekts sowie in der Entwicklung und Inbetriebnahme des (Übergangsstrahlungs-) TRD Detektors mit seiner Gruppe entscheidenden Anteil am erfolgreichen ALICE Experiment und betätigt sich in führender Rolle in der Datenanalyse sowie in der Entwicklung von Zukunftsprojekten für ALICE. Als Nachfolgerin von Prof. Braun-Munzinger leitet Frau Prof. Silvia Masciocchi seit 2011 die ALICE Gruppe. Die phänomenologischen Untersuchungen zur Interpretation der ALICE-Daten, die im Zentrum der aktuellen Nature-Veröffentlichung stehen, wurden im Rahmen des ExtreMe Matter Institutes EMMI, das von Prof. Braun-Munzinger geleitet wird, durchgeführt.
Die im Rahmen der Nature Publikation erhaltenen Resultate sind auch wegweisend für das Programm am zukünftigen FAIR Beschleuniger: insbesondere die Resultate zur Produktion schwach gebundener leichter Atomkerne oder Hyperkerne und anderer Exotika eröffnen neue Perspektiven für das CBM Experiment bei FAIR.
Originalveröffentlichung: Andronic A., Braun-Munzinger P., Redlich K. und Stachel J. (2018): Decoding the phase structure of QCD via particle production at high energy. Nature Sep. 20, 2018 issue; DOI: 10.1038/s41586-018-0491-6
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Die CR ist für das schnelle Vorkühlen von heißen Sekundär-Ionen konzipiert, die aus dem Antiprotonen-Separator und dem supraleitenden Fragment-Separator (Super-FRS) kommen. Die schnelle Kühlung erfolgt über sogenannte RF-Debuncher und stochastische Kühlsysteme, die von GSI entwickelt wurden. Der Collector Ring wird außerdem für Massenmessungen von kurzlebigen sekundären seltenen Isotopenstrahlen aus dem Super-FRS mit einer speziellen CR-Optik eingesetzt.
Ein großer Teil des Sammlerrings wird federführend als russischer Sachbeitrag (In-Kind) zu FAIR durch das Budker-Institut, bei dem auch die Hauptverantwortung für die Erstellung des CR liegt, entwickelt. Die unterzeichneten Verträge sehen vor, dass das BINP Dipol-, Quadrupol- und Sextupolmagnete, ein Vakuumsystem, Stromversorgungen für alle Magnete, Strahldiagnosekomponenten und Injektions-/Extraktionssysteme herstellt. Die anspruchsvollsten Bauteile sind 26 Dipolmagnete mit einem Gewicht von jeweils fast 60 Tonnen. Das BINP ist für die Montage und Inbetriebnahme aller CR-Komponenten am Standort FAIR verantwortlich.
Mit dem jetzt unterzeichneten Vertrag liegen alle entscheidenden Voraussetzungen für den technisch anspruchsvollen Collector Ring vor. (BP)
]]>Das Festsymposium war eingebettet in die Euroschool-Woche 2018, die vom 26. August bis 1. September in Löwen stattfindet. Die Schule behandelt allgemeine Themen zur Physik exotischer Kerne, experimentelle und theoretische Untersuchungen der Kernstruktur und Reaktionsdynamik, Kernastrophysik, Superschwere-Elemente-Forschung und interdisziplinäre Anwendungen in Medizin, Energiegewinnung und Gesellschaft.
Die Euroschool hat zum Ziel den wissenschaftlichen Nachwuchs auf höchstem Niveau zu fördern. Hauptaktivität dabei ist ein exzellentes Vortragsprogramm anzubieten, das die Lücke zwischen der universitären Ausbildung und den Forschungsaktivitäten in den europäischen Beschleuniger-Großlabors schließt. Die Vorträge werden von eingeladenen Fachleuten gehalten und konzentrieren sich auf Physik, Techniken und Anwendungen der modernen Kernforschung. Die Euroschool bildet Nachwuchswissenschaftler aus ganz Europa aus und hilft ihnen, Kontakte zu den führenden Wissenschaftlern der Branche zu knüpfen. Daher ist die Schule ein wichtiger Baustein, um die nächste Generation von Wissenschaftlern auf ihre Forschungsarbeit an Einrichtungen wie GSI und FAIR vorzubereiten.
Die Euroschool wird von ihrem "Board of Directors" organisiert, einem Zusammenschluss von zwölf europäischen, international anerkannten Wissenschaftlern und Universitätsprofessoren. Den Vorsitz dabei hat der GSI-Wissenschaftler Professor Christoph Scheidenberger. Die jährlichen Schulveranstaltungen finden in verschiedenen Ländern statt und haben in der Regel 60 bis 80 Teilnehmer. In den letzten 25 Jahren hat die Euroschool on Exotic Beams rund 1200 Teilnehmer gezählt. Die ersten Veranstaltungen fanden in Löwen statt (in den Jahren 1993-1998 und 2000) und wurden von der Europäischen Kommission über ein Ausbildungs- und Mobilitätsprogramm finanziert, seit 2006 wird die School aus verschiedenen Quellen gefördert. Die Finanzierung basiert seitdem auf einem Memorandum of Understanding zwischen mehreren europäischen Labors, darunter GSI und FAIR, und Universitäten. Seit dem Jahr 2001 reist die Schule durch ganz Europa und fand an 15 verschiedenen Orten in elf Ländern statt. An der Euroschool on Exotic Beams nehmen neben Teilnehmern aus Europa auch außereuropäische Wissenschaftler teil, wie z.B. aus Nord- und Südamerika, Australien, Afrika, Indien, China und Japan.
Aus der Euroschool sind inzwischen unter anderem fünf Lehrbücher hervorgegangen, die unter Studenten und Dozenten weit verbreitet sind. (JL)
Webseite: https://www.euroschoolonexoticbeams.be
]]>Den beiden FDP-Politikern wurde in einer Präsentation die GSI-Forschung und das FAIR-Projekt vorgestellt, eines der größten Forschungsvorhaben für die Spitzenforschung weltweit. Die Geschäftsführung erläuterte in einem gemeinsamen Gespräch außerdem die Pläne zur wissenschaftlichen Nutzung der zukünftigen Beschleunigeranlage, die strategischen Ziele von FAIR und GSI und berichteten im Rahmen dessen von der Weiterentwicklung des Campus.
Während eines Rundgangs durch die Forschungsanlage informierten sich die Besucher über bisherige Forschungserfolge von GSI – von der Krebstherapie mit Ionen über die Entdeckung neuer Elemente bis hin zur Erzeugung kosmischer Materie am HADES-Detektor. Bei der Besichtigung wurde deutlich, dass die Hochtechnologie-Entwicklungen für das Großprojekt FAIR bereits in vollem Gange sind. Außerdem konnten René Rock und Brian Röcken den Baufortschritt bei einer Rundfahrt über die FAIR-Baustelle direkt in Augenschein nehmen. Auf dem 20 Hektar großen Areal laufen aktuell die Rohbauarbeiten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 und die Baugrube für den ersten der künftigen Groß-Experimentierplätze wird ausgehoben.
]]>Vorausgegangen waren gemeinsame Forschungen des GSI Helmholtzzentrums mit der Radiologischen Klinik und dem Deutschem Krebsforschungszentrum Heidelberg (DKFZ) sowie dem Forschungszentrum Rossendorf. 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 der GSI und 20 Jahre Grundlagenforschung in Strahlenbiologie und Physik.
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 der GSI 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, werden die Teilchen im Tumor gestoppt und können dort ihre Energie konzentriert abgeben. Das Verfahren eignet sich damit vor allem für tiefliegende Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie zum Beispiel dem Sehnerv oder dem Hirnstamm.
Mit dem ebenfalls bei GSI entwickelten und erstmals in der Schwerionentherapie eingesetzten Rasterscan-Verfahren lässt sich der Kohlenstoff-Strahl sehr präzise über den Tumor führen. Die Strahlendosis kann Punkt für Punkt im schädlichen Tumorgewebe platziert werden. Zur Intensitätsregelung verweilt der Strahl so lange auf jedem Punkt, bis die berechnete Solldosis erreicht ist. Trotz der großen Zahl von Punkten/Pixeln dauert die Bestrahlung eines Feldes nur wenige Minuten. Das Verfahren stellt eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Strahlführungsmethoden dar und erlaubt eine sehr exakte Bestrahlung komplex geformter Tumoren.
Mit großem Erfolg wurden bei GSI bis 2008 über 440 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionen des Kohlenstoffatoms behandelt. Inzwischen setzen Spezialkliniken in Heidelberg (Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT) und Marburg (Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum MIT) sowie in Shanghai, China, maßgeschneidert um, was vor 20 Jahre bei der Darmstädter GSI begonnen hat. Initiator und entscheidender Wegbereiter der Tumortherapie ist Professor Gerhard Kraft. Bereits Anfang der 1980er Jahre baute er die biophysikalische Forschungsabteilung bei GSI auf, deren Leiter er von 1981 bis 2008 war. Er erinnert sich zurück an die Anfänge: „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.“
Auch der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, betont den großen Nutzen für die Gesellschaft: „Die Methode ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung durch gelungenen Technologietransfer der Gesellschaft und den Menschen zugutekommt und bis heute immer weiterentwickelt wird.“ Denn die Forschungsarbeit ist nach dem Bau der Anlagen in Heidelberg und Marburg, an deren Entwicklung und Konstruktion GSI maßgeblich beteiligt war, längst nicht beendet. Auch im Programm „APPA“, eine der vier großen Forschungssäulen des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR, das derzeit bei GSI entsteht, sind weitere medizinische Anwendungen ein wichtiges Ziel der biophysikalischen Fragestellungen. FAIR bietet neue Forschungsmöglichkeiten für die Partikeltherapie der nächsten Generation, zum Beispiel durch den Einsatz von hochenergetischen Ionen für die Radiographie oder von radioaktiven Ionen für die Online-PET-Bildgebung.
„Als Pionier der Schwerionentherapie in Europa ist GSI heute das zentrale Forschungszentrum auf diesem Gebiet", sagt der Nachfolger von Professor Kraft als Direktor der Abteilung Biophysik, Professor Marco Durante. "Wir sind bestrebt, die Partikeltherapie zum Wohle der Patienten zu verbessern und nach neuen Strategien und Lösungen zu suchen, um Schwerionenstrahlen zur Behandlung von Krebs und Nichtkrebserkrankungen einzusetzen", so Durante abschließend. Derzeit arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in der Biophysik-Abteilung beispielsweise an der möglichen Kombination von Schwerionen- und Immuntherapie. Aktuell laufen auch Arbeiten zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen mit Ionenstrahlen. Auch hier lassen sich die Vorteile der Ionentherapie – punktgenaue Applikation und bestmögliche Schonung des umliegenden Gewebes – nutzen, sodass Kohlenstoffionen bei Herzrhythmusstörungen in einigen Jahren eine nicht-invasive Alternative zu der bisherigen Behandlung mit Herzkathetern oder Medikamenten darstellen könnten.
Ein weiteres großes Ziel ist die Behandlung von bewegten Tumoren an inneren Organen, beispielsweise bei Krebs der Lunge, der Leber oder der Bauchspeicheldrüse. Denn der Ionenstrahl trifft zwar sehr exakt, für diese Präzisionsbestrahlung müssen die Patienten millimetergenau fixiert werden. Tumoren im Bauch- und Brust-Raum jedoch werden auch durch Atmung und Herzschlag bewegt. Möglichkeiten zu finden, um die Präzision und Homogenität der Bestrahlung auch bei bewegten Zielen zu erreichen, sind eine Fragestellung, an der die aktuelle Forschungsarbeit ansetzt. Die Tumortherapie mit schweren Ionen lässt somit noch breiten Raum für weitere wissenschaftliche Erkenntnisse, damit sie in Zukunft noch besser zum Wohle vieler Patienten eingesetzt werden kann. (BP)
]]>Nach einer einführenden Präsentation über das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und die aktuelle Entwicklung des FAIR-Projekts, das derzeit bei GSI entsteht und eines der größten Forschungsvorhaben weltweit ist, gab es Gelegenheit zur Diskussion mit der Geschäftsführung von FAIR und GSI. Dazu gehörte auch ein Austausch über die strategischen Ziele für FAIR und GSI, an denen sich die Aktivitäten des Standorts ausrichten.
Anschließend führte eine Bustour über das FAIR-Baufeld, wo sich die Besucher über die Fortschritte informierten. Dazu gehörten unter anderem die Rohbauarbeiten am großen Ringbeschleuniger SIS100 sowie die Baugruben für das Kreuzungsbauwerk, den zentralen Knotenpunkt für die Strahlführungen, und für den CBM-Experimentierplatz. CBM ist eine der vier Forschungssäulen des künftigen Beschleunigerzentrums.
Abgerundet wurde der Besuch von einer Führung durch die bestehenden Beschleunigeranlagen und Forschungseinrichtungen, bei der die Gäste aktuelle Einblicke in die Wissenschaft auf dem Campus erhielten. Sie besichtigten unter anderem den Linearbeschleuniger UNILAC, den Therapieplatz für die bei GSI entwickelte Krebstherapie mit Ionen, das Großexperiment R3B und den Großdetektor HADES – zentrale Stationen, die auch für künftige Experimente an FAIR eine große Rolle spielen werden. (BP)
]]>Die Massen der exotischen Chrom-Nuklide wurden bei den Experimenten am CERN in dem Penningfallen-Massenspektrometer ISOLTRAP so genau gemessen wie noch nie zuvor. Aus den Ergebnissen lassen sich die Bindungsenergien ableiten. Setzen die Physiker die Bindungsenergien der sechs Isotope nebeneinander, können sie an der Trendlinie durch die Punkte erkennen, ob ein Schalenabschluss in dieser Region auftritt oder sich die Kernform von einem zum nächsten Isotop plötzlich ändert. Bisher waren die Messunsicherheiten aber zu groß für verlässliche Aussagen. „Wir können erst jetzt mit den neuen, sehr präzisen Messungen sicher sagen, dass die zuvor spekulierte abrupte Formänderung nicht bei diesen Isotopen auftritt.“, sagt der GSI-Wissenschaftler Frank Herfurth, der an dem Experiment beteiligt war. „Mit den neuen, genaueren Daten beobachten wir eine langsame Formänderung weg von der symmetrischen Form. Dank der gemeinsamen Anstrengung von Experimentatoren und Theoretikern konnten wir unsere Resultate erstmals mit einem Ab-Initio-Modell vergleichen. Das sind besondere Kernmodelle, deren Berechnungen im Wesentlichen nur auf den Wechselwirkungen von Protonen und Neutronen beruhen und dadurch weniger von intuitiven Näherungen abhängen. Zwei von vier Kernstrukturmodellen beschreiben unsere Beobachtung korrekt, die anderen beiden nicht. Die Experimentergebnisse sind eine wertvolle Hilfe, um die Annahmen zu testen, die den unterschiedlichen Modellen zugrunde liegen.“
ISOLTRAP ist ein Penningfallen-Massenspektrometer kombiniert mit einem Multireflektionsflugzeitspektrometer. Mit diesem Aufbau können die Massen besonders seltener Isotope direkt gemessen werden. Die Kombination aus zwei Penningfallen erlaubt es präzise und sauber von Verunreinigungen zu messen. Die genauesten Massenmessungen an exotischen, kurzlebigen Kernen können daher mit Penningfallen-Spektrometern durchgeführt werden.
ISOLTRAP ist ein Vorreiter des Penningfallen-Präzisionsexperiments für exotische Ionen. Techniken, Software und Hardware die für ISOLTRAP entwickelt wurden und werden, sind im Einsatz bei SHIPTRAP, HITRAP, aber auch geplant für die FAIR-Experimentkollaboration MATS innerhalb der NUSTAR-Kollaboration. An der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR, die gerade bei GSI im Bau ist, sind ähnliche Experimente mit noch exotischeren Kernen geplant.
Das ISOLTRAP-Experiment, initiiert durch den ehemaligen Leiter der GSI-Atomphysik, Prof. Kluge, ist das Ergebnis einer langjährigen Zusammenarbeit von GSI, der Universität Mainz, der Universität Greifswald und dem Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg. In den letzten Jahren hat das MPIK mit Prof. Blaum die Führung der Kollaboration übernommen, und wurde und wird von verschiedenen GSI/FAIR-Abteilungen unterstützt, z.B. der Experimentelektronik, Atomphysik und Deceleratoren.
Originalpublikation in Physical Review Letters: Precision Mass Measurements of 58–63Cr: Nuclear Collectivity Towards the N=40 Island of Inversion
]]>Nach einer Präsentation über das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das zukünftige Beschleunigerzentrum FAIR gab es auch Gelegenheit zum Austausch unter anderem über die strategischen Ziele für FAIR und GSI. Danach stand eine Besichtigung der bestehenden Beschleunigeranlage und der FAIR-Baustelle auf dem Programm.
Bei einer Rundfahrt über das Baufeld konnten Jörg-Uwe Hahn und Dr. Dierk Molter die Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Areal direkt in Augenschein nehmen, beispielsweise die aktuell laufenden Rohbauarbeiten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 und die Baugrube für den ersten der künftigen Groß-Experimentierplätze. (BP)
]]>Dr. Andreas Samberg wurde mit dem Ruprecht-Karls-Preis für seine Dissertation mit dem Titel “Applied String Theory, Hot and Cold: A Holographic View on Quark-Gluon Plasma and Superfluids“ ausgezeichnet. In seiner Forschungsarbeit verwendet Dr. Andreas Samberg Methoden aus der Stringtheorie, um stark wechselwirkende Quantensysteme durch schwach wechselwirkende Gravitationstheorien in einem höherdimensionalen Raum zu beschreiben. Das Prinzip dieser holographischen Dualität ist analog zu den bekannten Hologrammen auf Geldscheinen, die aus flachen Metallfilmen dreidimensionale Bilder erzeugen. Diese Dualität wendet Andreas Samberg zur Beschreibung der heißesten und der kältesten Materieformen im Universum an. Zum einen betrachtet er das Verhalten von schweren Quarks im Quark-Gluon Plasma, einem extrem heißen Materiezustand, der Mikrosekunden nach dem Urknall das Universum ausfüllte und heute am LHC-Beschleuniger am CERN erzeugt wird. Diesen Materiezustand untersucht er auch bei sehr hohen Dichten, wie sie zukünftig bei FAIR experimentell erreicht werden können. Zum anderen betrachtet er ein Phänomen, durch das Flüssigkeiten bei tiefen Temperaturen ohne Viskosität fließen: die so genannte Suprafluidität. Er entdeckt neue Aspekte der Dynamik dieses Materiezustands, insbesondere zur Turbulenz von Wirbeln bei starker Kopplung. Zweidimensionale Supraflüssigkeiten wie die hier untersuchte werden in zukünftigen Experimenten an ultrakalten Quantengasen realisiert werden können.
Die ausgezeichnete Promotion wurde unter der Betreuung von Professor Dr. Carlo Ewerz an der Universität Heidelberg und am ExtreMe Matter Institute EMMI bei GSI durchgeführt. Sie wurde durch GSI mit einem Stipendium im Rahmen der strategischen Kooperation mit der Universität gefördert. Während seiner Promotion war Andreas Samberg Mitglied der Heidelberg Graduate School of Fundamental Physics (HGSFP) sowie der Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research (HGS-HIRe). Letztere unterstützte gemeinsam mit EMMI einen mehrmonatigen Forschungsaufenthalt an der Universität Princeton (USA).
Der Ruprecht-Karls-Preis ist mit 3000 Euro dotiert und wird von der Stiftung Universität Heidelberg für herausragende Forschungsleistungen junger Nachwuchswissenschaftler der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg vergeben. Ausgezeichnet werden jährlich die fünf besten Doktorarbeiten aus allen Fachbereichen, die in einem mehrstufigen, universitätsweiten Verfahren ausgewählt werden. Die Preisverleihung fand im Rahmen eines Festakts in der Alten Aula der Universität Heidelberg statt.
]]>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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Professor Bock erhält die hochrangige Auszeichnung für seine herausragenden Erfolge auf dem Gebiet der Schwerionenforschung. In seiner Ansprache lobte Fortov die Errungenschaften Rudolf Bocks auf dem Gebiet der Schwerionenphysik und seine Rolle als einer der Gründungsväter von GSI. Besonders betonte er die wichtigen Beiträge, die Rudolf Bock zur deutsch-russischen Zusammenarbeit in der Forschung über mehrere Generationen, besonders aber im Bereich der Nachwuchsforschung, geleistet hat.
Rudolf Bock studierte Physik an der Universität Heidelberg, wo er 1958 mit einer von Nobelpreisträger Professor Walther Bothe betreuten Dissertation über Kernreaktionen promovierte. Als Mitglied des neu gegründeten Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg begann er mit ersten Experimenten zu Schwerionenreaktionen am neuen Tandem-Beschleuniger, dem ersten seiner Art in Deutschland. In 1967 wurde er Professor an der Universität Marburg, wo er gemeinsam mit weiteren hessischen Professoren die Gründung des Schwerionenforschungszentrums GSI vorantrieb. Nach der Gründung im Jahr 1969 war er von 1970 bis 1995 einer der Direktoren. Seit Anbeginn seiner Forschungstätigkeit bemühte er sich um eine enge Kooperation mit russischen Forschungseinrichtungen, seit 1982 besonders auch im Rahmen eines von ihm initiierten Forschungsprojekts zur Energieerzeugung durch Intertialfusion mit Schwerionenforschung. Seit 1979 ist er "Auswärtiges Wissenschaftliches Mitglied" des Max-Planck-Instituts für Kernphysik, seit 1979 Mitglied der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft. Im Jahr 1987 wurde er mit einer Ehrenprofessur der Chinesischen Akademie der Wissenschaften geehrt, in 2000 wurde er Ehrendoktor der Johann Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt am Main.
Die Semenov-Medaille ist nach Nikolai Nikolayevich Semenov (1896-1986) benannt, einem der Begründer der physikalischen Chemie, Entwickler der Polymertheorie und Autor von zahlreichen Publikationen über chemische Kinetik Im Jahr 1956 erhielt er den Nobelpreis für Chemie. Die Semenov-Medaille kann von RAS an russische oder ausländische Wissenschaftler verliehen werden, die entscheidende Beiträge zur Entwicklung der physikalischen oder chemischen Wissenschaften geleistet haben.
]]>Die Bundespolitikerin informierte sich über den aktuellen Stand des FAIR-Bauprojekts, einem der größten Vorhaben für die Spitzenforschung weltweit, sowie über die bisherigen Forschungserfolge und das aktuelle Experimentierprogramm „FAIR-Phase 0“. Das Gespräch bot auch Gelegenheit zum Austausch über die strategischen Ziele in allen Geschäftsführungsbereichen, an denen sich das Handeln von FAIR und GSI ausrichtet.
Kerstin Radomski konnte den Fortschritt auf der Mega-Baustelle FAIR bei einer Rundfahrt über das Baufeld aus nächster Nähe besichtigen, von den kürzlich begonnenen Rohbauarbeiten für den zentralen Ringbeschleuniger SIS100 bis zur Baugrube für den ersten der künftigen Groß-Experimentierplätze. Auch über die dahinterstehende Projektorganisation und die Baustellenlogistik gab es Informationen.
Anschließend erhielt Kerstin Radomski bei einem Rundgang Einblicke in die bestehenden Forschungsanlagen. Sie besuchte den Experimentierspeicherring ESR, den Therapieplatz zur Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen und den Großdetektor Hades. (BP)
]]>Die 27 Jahre alte Physikerin Antje Peters hat den Preis, der mit 200 Euro Preisgeld sowie einem Zertifikat dotiert ist, für ihre Dissertation zum Thema „Investigation of heavy-light four-quark systems by means of Lattice QCD“ erhalten. Betreuer der Promotion war Junior-Professor Dr. Marc Wagner von der Goethe-Universität Frankfurt.
Die PANDA-Kollaboration verleiht den Theorie-PhD-Preis in diesem Jahr zum ersten Mal, um damit jährlich die beste Theorie-Dissertation im Zusammenhang mit dem PANDA Physikprogramm zu würdigen. PANDA ist eines der Schlüsselexperimente am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, im Mittelpunkt stehen die Forschung mit Antimaterie sowie verschiedenen Themen rund um die schwache und die starke Kraft, exotische Zustände von Materie und die Struktur von Hadronen. In der Kollaboration arbeiten mehr als 500 Wissenschaftler aus 20 Ländern zusammen. Dr. Antje Peters beschäftigte sich in ihrer Dissertation mit Lattice-QCD-Rechnungen für Open-flavour Vier-Quark-Systeme, einem wichtigen Bestandteil des PANDA-Physikprogramms.
Kandidaten für den PhD-Preis werden von ihrer jeweiligen wissenschaftlichen Gruppenleitung nominiert, Voraussetzung ist neben einem direkten Bezug zur PANDA-Forschung die Bewertung der Promotion mit mindestens „sehr gut“. Bis zu drei Kandidaten kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim Panda-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der PANDA-Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem Theorie PhD-Preis möchte die PANDA-Kollaboration die Beiträge von Studenten und die Wichtigkeit theoretischer Studien zum PANDA-Projekt besonders würdigen. (BP)
]]>Von Plasmaphysik über Tumortherapie bis hin zur Kern- und Astrophysik: Jeder Sommerstudierende arbeitet in der nächsten Zeit an einer Fragestellung aus dem echten Forschungsbetrieb. Im Mittelpunkt stehen Entwicklungen und Tests von technischen und experimentellen Komponenten für die FAIR-Beschleunigeranlage, die gerade bei GSI gebaut wird, und deren zukünftige Experimente. Aber auch das Knüpfen von Kontakten und der internationale Austausch kommen durch Grillpartys, ein Fußball-Turnier und Unternehmungen in der Region nicht zu kurz. In begleitenden Vorlesungen werden das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt.
Für viele Studierende, die vor allem aus europäischen Ländern, aber auch aus Asien oder Mittelamerika kommen, ist das Sommerstudenten-Programm der erste Schritt zu einer Master- oder Doktorarbeit bei GSI und FAIR. Das Sommerstudenten-Programm, das bereits zum 38. Mal stattfindet, wird gemeinsam mit der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert.
Die Vorträge werden auf Englisch gehalten, sind öffentlich und können von jedem Interessierten besucht werden.
Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von FAIR und GSI, begüßte die Teilnehmer und informierte sie über die Forschungsaktivitäten. Im Anschluss gab Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer von FAIR und GSI, einen Überblick über das FAIR-Projekt und den Baufortschritt, der mit einer Busrundfahrt über die FAIR-Baustelle vertieft wurde.
Über die biophysikalische Forschung und das Studentenprogramm GET_involved berichteten danach Dr. Michael Scholz und Dr. Pradeep Ghosh. In einem Rundgang, der von Dr. Ingo Peter und Dr. Klaus-Dieter Groß aus dem Stab der Geschäftsführung begleitet wurde, besuchten die thailändischen Gäste die bestehende Forschungsanlage: Im Hauptkontrollraum konnten sie die Inbetriebnahme des Beschleunigers beobachten. Des Weiteren besuchten sie den Experimentierspeicherring ESR, den Therapieplatz zur Behandlung von Tumoren mit Kohlenstoffionen sowie den Großdetektor HADES. Im besonders energieeffizienten Hochleistungs-Computerzentrum Green IT Cube erfuhren sie mehr über die Datenverarbeitung von FAIR und GSI.
]]>Christian Graeff leitet die „Medizinische Physik“ innerhalb der GSI-Biophysik. Zu seinem Forschungsgebiet gehören neuartige Anwendungen von Ionenstrahlen, beispielsweise in einem Verfahren, mit dem in Zukunft Herzrhythmusstörungen behandelt werden könnten. Untersucht wird dabei der Einsatz von Kohlenstoffionen. Wie schon in der bei GSI entwickelten Tumortherapie können die Ionen punktgenau appliziert werden, während das umliegende Gewebe bestmöglich geschont wird. Bei Herzrhythmusstörungen könnten Kohlenstoffionen in einigen Jahren eine nicht-invasive Alternative zu der bisherigen Behandlung mit Herzkathetern oder Medikamenten darstellen.
Nach seinem Studium des Medizin-Ingenieurwesens an der TU Hamburg-Harburg hat Christian Graeff über Computertomographie-gestützte Osteoporosediagnostik zum Dr.-Ingenieur promoviert und als Postdoc in der Gruppe Medizinische Physik in der GSI-Abteilung Biophysik gearbeitet. Seit 2012 leitet er diese Gruppe. Schwerpunktthemen sind neben neuartigen Anwendungen von Ionenstrahlen auch die Entwicklung von Verfahren zur Bestrahlung bewegter Ziele mit gescannten Ionenstrahlen sowie die Entwicklung neuer Therapiekontrollsysteme für das Rasterscanning.
Der mit 1000 Euro dotierte Günther-von-Pannewitz-Preis wird für hervorragende Forschungsarbeiten vergeben, die sich der Strahlentherapie von nicht malignen Erkrankungen, einschließlich der Strahlenbiologie, Strahlenphysik oder der klinischen Forschung widmen. Mit der Auslobung des Preises wird das Lebenswerk des Freiburger Radiologen Günther von Pannewitz geehrt. (BP)
]]>Burghardt wurde von Professor Paolo Giubellino, dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer von FAIR und GSI, und Jörg Blaurock, dem Technischen Geschäftsführer von FAIR und GSI, willkommen geheißen. Sie berichteten ihm in einem gemeinsamen Gespräch über bisherige Forschungserfolge und das aktuell laufende Forschungsprogramm von GSI sowie auch über die Planungen zur wissenschaftlichen Nutzung der FAIR-Beschleunigeranlage. Burghardt erhielt umfängliche Informationen zum Bau von FAIR und konnte den Baufortschritt auf einer anschließenden Rundfahrt über die Baustelle in Augenschein nehmen.
Bei seinem Rundgang durch die bestehende GSI-Anlage konnte Burghardt darauffolgend den Beschleunigerbetrieb im Hauptkontrollraum beobachten. Ebenfalls besuchte er den Experimentierspeicherring ESR und erfuhr mehr über die bei GSI entwickelte Tumortherapie mit Kohlenstoffionen.
]]>Was geschieht genau, wenn ein Stern explodiert und zu einem Neutronenstern wird? Das untersuchen Forscherinnen und Forscher mit komplexen Modellrechnungen. Simulationen von einer neutrinogetriebenen Supernova-Explosion haben nun Hinweise darauf geliefert, dass ein Elementarteilchen bisher zu Unrecht vernachlässigt wurde: das Myon. Dieses Ergebnis wurde im Fachjournal Physical Review Letters veröffentlicht.
Myonen wurden bisher in Simulationen von Supernova-Explosionen vernachlässigt, da man davon ausging, dass sie nicht in entscheidenden Mengen produziert würden. In ihrer Publikation zeigen die Wissenschaftler rund um Prof. Gabriel Martínez Pinedo, theoretischer Physiker bei GSI/FAIR und der TU Darmstadt, dass die Temperatur und das elektrochemische Potential jedoch eine Produktion von Myonen möglich machen. „Das verändert die Teilchenzusammensetzung in der Sternmaterie und die Neutrino-Emission“, sagt Martínez Pinedo. Folgender Mechanismus liegt diesen beiden Effekten zugrunde: Im Inneren von bestimmten Supernovae bildet sich ein Neutronenstern. Bei seiner Entstehung zieht er Material an, wobei hohe Gravitationskräfte wirken. Elektronen im Inneren des Neutronensterns wirken durch ihre gegenseitige Abstoßung aber der Gravitation entgegen und erzeugen Druck. Nun wandelt sich ein Teil der Elektronen in Myonen um. Da Myonen eine höhere Masse haben als Elektronen, erzeugen sie weniger Gegendruck im Inneren des entstehenden Neutronensterns. Dadurch wird die Kontraktion schneller. Durch die schnellere Kontraktion entsteht mehr Hitze wodurch wieder mehr Neutrinos produziert und abgestrahlt werden. Das wirkt sich auf den Explosionsmechanismus aus. „Myonen müssen also in den Modellen berücksichtigt werden, weil sie den Explosionsmechanismus von Supernovae beeinflussen“, schlussfolgert Martínez Pinedo.
Theoretische Berechnungen liefern oft wichtige Anhaltspunkte für Experimente im Labor. So auch bei GSI und FAIR: Mit den Teilchenbeschleunigern in Darmstadt kann kosmische Materie im Labor erzeugt werden. Am Großexperiment HADES und am zukünftigen FAIR-Experiment CBM können zum Beispiel Temperaturen und Dichten erreicht werden, wie sie auch bei der Myon-Produktion in einem entstehenden Neutronenstern herrschen. Theoretische Vorhersagen können den Experimentalphysikern eine Orientierung bei der Auswertung ihrer Versuche geben. „Als nächstes planen wir Simulationen, die uns mehr über die Rolle der Pionen verraten sollen“, so Martínez Pinedo über das weitere Vorgehen. „Auch sie könnten eine wichtige Rolle spielen, die noch nicht ganz verstanden ist.“
Muon Creation in Supernova Matter Facilitates Neutrino-Driven Explosions, Physical Review Letters
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Das Gespräch mit der Geschäftsführung von GSI und FAIR bot auch Gelegenheit, sich über die strategischen Ziele aus den jeweiligen Bereichen des Wissenschaftlichen Geschäftsführers Professor Paolo Giubellino, der Administrativen Geschäftsführerin Ursula Weyrich und des Technischen Geschäftsführers Jörg Blaurock auszutauschen. Wesentliche Schritte in der Zielerreichung sind bereits heute sichtbar: Das Forschungsprogramm „FAIR-Phase 0“ läuft gerade an, der Bau von FAIR macht große Fortschritte, die begonnenen Upgrades der existierenden Anlagen sind auf der Zielgeraden und die bauliche Campus-Entwicklung schreitet deutlich voran. Auch das herausragende Profil des Forschungsstandorts Darmstadt war Thema beim Besuch des Rathauschefs.
Im Anschluss konnte Jochen Partsch bei einer Rundfahrt über die FAIR-Baustelle den aktuellen Baufortschritt am SIS100-Beschleunigertunnel mit seiner mittlerweile 17 Meter tiefen Baugrube und die weiteren Baumaßnahmen in Augenschein nehmen. Bei einem Rundgang durch die existierende Beschleunigeranlage besuchte er außerdem den Hauptkontrollraum, der inzwischen umgebaut und für seine künftigen Aufgaben zur Steuerung der komplexen Beschleunigeranlagen von GSI und FAIR mit modernsten Möglichkeiten technisch optimiert worden ist. (BP)
]]>Der gebürtige Iraner Nasser Kalantar-Nayestanaki forscht und lehrt als Professor für experimentelle Kernphysik am KVI-Center for Advanced Radiation Technology an der Universität Groningen in den Niederlanden und hat sich vor allem als Pionier auf dem Gebiet der Kräfte, die zwischen sehr kleinen Kernteilchen eine Rolle spielen, international einen Namen gemacht. Seine Forschungsschwerpunkte liegen unter anderem auf Systemen aus wenigen Nukleonen, Strukturen exotischer Kerne und Hadronen-Spektroskopie. Dank Kalantar-Nayestanakis herausragender Forschung hat sich die Berechnung der Kräfte in Systemen, die aus drei Teilchen bestehen, stark verbessert. Seine mehr als 350 Publikationen werden weltweit oft zitiert. 2013 wurde er zum Fellow der American Physical Society ernannt, im Jahr 2017 wurde er zum Mitglied der Academia Europaea gewählt.
Nasser Kalantar-Nayestanaki ist auch am FAIR-Forschungsprogramm beteiligt, vor allem durch die NUSTAR-Kollaboration, eine der vier wissenschaftlichen Säulen des künftigen Beschleunigerzentrums. Sein Schwerpunkt liegt dabei auf der Erforschung von Materie unter extremen Bedingungen. Als NUSTAR-Sprecher hatte er auch die Rolle des Vertreters der mehr als 850 beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus gut 40 Ländern übernommen.
Neben seinen zahlreichen akademischen Aktivitäten setzt sich Kalantar-Nayestanaki für die Interessen anderer ein, beispielsweise in der Mitarbeitervertretung der Universität Groningen oder viele Jahre als Vorsitzender des Minderheitenrats in Groningen, der die Gemeinde in sozialen Fragen beraten hat.
Über die Auszeichnung zeigte sich Nasser Kalantar-Nayestanaki sehr erfreut: „Ich fühle mich sehr geehrt, die Auszeichnung gibt mir einen zusätzlichen Antrieb, meinen Weg mit Engagement und wissenschaftlicher Neugier weiter zu gehen.“ Gespannt ist der Kernphysiker auch auf die weltweit einmaligen Forschungsmöglichkeiten bei FAIR: „In Kombination mit anderen Studien, an denen ich ebenfalls beteiligt bin, werden wir beispielsweise viel Neues darüber erfahren, wie die Elemente in Sternen entstanden sind und welche Eigenschaften sie haben. FAIR bringt wirklich das Universum ins Labor.“
Der Orden vom Niederländischen Löwen wird seit dem 19. Jahrhundert im Namen des Königs an Personen verliehen, die sich in besonderer Weise um die Gesellschaft verdient gemacht haben. Gestiftet wurde der Orden durch König Wilhelm I., Großmeister ist der jeweilige amtierende Monarch der Niederlande. Unter den Ordensträgern finden sich Wissenschaftler, Künstler und erfolgreiche Sportler. (BP)
]]>„Die internationale FAIR-Beschleunigeranlage mit ihren einzigartigen Experimentiermöglichkeiten für Forscherinnen und Forscher aus der ganzen Welt ist einer der Gründe für mein Kommen“, erklärt Obertelli. „Ich freue mich darauf, an FAIR zu arbeiten und durch meine Forschung zu den wissenschaftlichen Ergebnissen beizutragen. Dies wird auch die Kooperation zwischen der TU Darmstadt und FAIR stärken, und somit die Wissenschaftsstadt Darmstadt als Forschungsstandort weiter etablieren.“
Mit der Alexander von Humboldt-Professur, die mit jeweils bis zu fünf Millionen Euro dotiert ist, werden weltweit führende und bislang im Ausland tätige Forscherinnen und Forscher aller Disziplinen ausgezeichnet. Sie sollen langfristig zukunftsweisende Forschung an deutschen Hochschulen durchführen. Die Auszeichnung wird von der Alexander von Humboldt-Stiftung vergeben und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert.
Die Humboldt-Professur eröffnet deutschen Hochschulen die Chance, Spitzenkräften international konkurrenzfähige Rahmenbedingungen zu bieten und ihr eigenes Profil im weltweiten Wettbewerb zu schärfen. Der Preis beinhaltet zugleich die Verpflichtung, den neuen Humboldt-Professoren eine langfristige Perspektive für ihre Forschungen in Deutschland zu bieten. Bislang wurden insgesamt 68 Wissenschaftler, darunter zwölf Frauen, auf eine Humboldt-Professur berufen, um mit dem Preis aus dem Ausland nach Deutschland zu wechseln.
Der in Frankreich geborene Wissenschaftler Obertelli war zuletzt als Senior Researcher am Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (IRFU) des Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) in Paris‐Saclay, Frankreich, tätig. Zwischenzeitlich forschte er am National Superconducting Cyclotron Laboratory (NSCL) der Michigan State University, USA, und am Forschungsinstitut RIKEN in Japan. Für seine Arbeiten wurde er unter anderem mit einem ERC Starting Grant sowie einem ERC Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats ausgezeichnet. Er ist Mitglied in Programmbeiräten von verschiedenen renommierten Forschungseinrichtungen wie dem CERN in der Schweiz, sowie dem Research Center for Nuclear Physics (RCPN) und dem RIKEN in Japan. Im Zusammenhang mit FAIR und GSI hat Obertelli bereits einige konkrete Projektvorschläge zur Erweiterung der wissenschaftlichen Reichweite der R3B- und HISPEC-Experimente, die zu NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions), einer der vier experimentellen Säulen der Forschung an FAIR, gehören.
Wie sind die chemischen Elemente, die Bausteine unserer Welt, einst entstanden? Welche Prozesse stecken dahinter? Im Zusammenhang mit diesen grundlegenden Fragen der Kern‐ und Atomphysik untersucht Alexandre Obertelli sogenannte exotische Kerne, Atomkerne mit im Verhältnis übergroßer Protonen‐ oder Neutronenanzahl. Sie sind in der Kernphysik bislang weitgehend unerforscht. Ein tieferes Verständnis ihrer Eigenschaften könnte unter anderem Aufschluss über die Elemententwicklung im Universum geben, da neutronenreiche Atomkerne eine zentrale Rolle bei der Entstehung von schweren Elementen haben. Obertelli leitete in diesem Zusammenhang experimentelle Untersuchungen zu Reaktionen und Strukturen von exotischen Kernen, die heute als Benchmark in der Kernphysik gelten. Daneben hat er etwa neue spektroskopische Messverfahren zur Charakterisierung extrem neutronenreicher Isotope entwickelt und implementiert, deren Weiterentwicklung bei FAIR eingesetzt werden soll. Im Rahmen seiner Humboldt-Professur plant er neue Projekte zur Erweiterung der R3B-Anlage anzugehen, um neue Forschungsmöglichkeiten mit exotischen Ionenstrahlen bei FAIR zu eröffnen, wie etwa zum Studium von neutronenreichen Hyperkernen, oder zur Erforschung der Eigenschaften von neutronenreicher Kernmaterie wie sie in Neutronensternen vorkommt.
Nicola Beer und die Geschäftsführung tauschten sich zunächst über die strategischen Ziele aus, an denen sich das Handeln von FAIR und GSI ausrichtet. Wesentliche Schritte in der Zielerreichung sind bereits heute sichtbar: Das Forschungsprogramm „FAIR-Phase 0“ läuft gerade an, der Bau von FAIR macht große Fortschritte, die begonnenen Upgrades der existierenden Anlagen sind auf der Zielgeraden und die bauliche Campus-Entwicklung schreitet deutlich voran.
Neben Informationen zu den Fortschritten auf allen strategischen Ebenen besichtigte Nicola Beer in einem Rundgang durch die bestehende Beschleunigeranlage unter anderem den Linearbeschleuniger UNILAC, den Hauptkontrollraum, den Therapieplatz zur Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen, den Experimentierspeicherring ESR sowie den Großdetektor HADES und den Green IT Cube. Außerdem hatte die Politikerin, die dem Bundestag als Abgeordnete angehört und Mitglied im Bundesausschuss für Bildung, Forschung und Technikfolgenabschätzung ist, Gelegenheit, sich bei einer Baustellenrundfahrt über den aktuellen Stand des derzeit entstehenden, weltweit einmaligen Beschleunigerzentrums FAIR zu informieren. (BP)
]]>Atome bestehen aus einem Atomkern und der umgebenden Elektronenhülle. Kernnahe Elektronen durchdringen den Atomkern, sodass sich aus der genauen laserbasierten Vermessung von Energieniveaus in der Hülle die Form und die Größe von Atomkernen bestimmen lassen. Ein Größenunterschied zweier Atomkerne, die sich beispielsweise in der Anzahl der Neutronen unterscheiden, führt zu einer messbaren Verschiebung der Frequenz und entsprechend der Farbe des Laserlichts, mit dem Elektronen im Atom angeregt, also auf höhere Energieniveaus gebracht werden. Bisher konnte diese Methode nur auf Atomkerne leichterer Elemente angewandt werden, die in vergleichsweise hohen Raten hergestellt werden können und zudem eine bekannte Atomstruktur besitzen. Atomkerne von Elementen jenseits von Fermium (Z=100) können in geringen Mengen von wenigen Atomen pro Sekunde in Fusionsreaktionen hergestellt werden und existieren meist nur für wenige Sekunden. Ihre atomare Struktur war daher bisher für eine Untersuchung mit dieser Methode unzugänglich.
Für die aktuellen Experimente wurden Nobelium-Isotope am Geschwindigkeitsfilter SHIP der GSI-Beschleunigeranlage durch die Fusion von Calcium-Ionen mit Blei erzeugt und in einer mit Argongas gefüllten Zelle für die laserspektroskopischen Untersuchungen abgestoppt. Die Ergebnisse bauen auf einem vorangegangenen, ebenfalls bei GSI durchgeführten Experiment auf, in dem erstmals atomare Übergänge in Nobelium (No) identifiziert wurden. Das vor etwa 60 Jahren entdeckte Element hat die Ordnungszahl 102. Nun konnten mittels Laserspektroskopie die Nobelium-Isotope No-254, No-253 und No-252, bei denen sich die Anzahl der Neutronen jeweils um eins unterscheidet, untersucht werden. Die verfügbaren Ionenraten am Experiment betrugen im Maximum vier Ionen je Sekunde für No-254 und weniger als ein Ion je Sekunde für das Isotop No-252.
Aus den Messungen der Anregungsfrequenzen für die einzelnen Isotope wurde die Verschiebung der Farbe des zur Anregung benötigten Laserlichts bestimmt, während zusätzlich für das Isotop No-253 die sogenannte Hyperfeinstruktur aufgelöst wurde. In Zusammenarbeit mit Gruppen aus dem Helmholtz Institut Jena, der Universität Groningen in den Niederlanden und der University of New South Wales in Sydney in Australien wurden theoretische Berechnungen für atomare Eigenschaften im Nobelium durchgeführt, aus denen die Größe und die Form des Atomkerns abgeleitet werden können. Die Resultate bestätigen, dass die Nobelium-Isotope keine Kugelgestalt haben, sondern oval deformiert sind. Die gemessene Änderung der Größen steht dabei im Einklang mit kernphysikalischen Berechnungen einer Gruppe von theoretischen Wissenschaftlern von GSI und von der Michigan State University in den USA. Diese Berechnungen sagen vorher, dass die schweren Atomkerne nicht massiv sind, sondern eine hohle Struktur durch eine deutlich reduzierte Ladungsdichte im Zentrum des Atomkerns entwickeln.
Mit der laserspektroskopischen Methode können zukünftig weitere schwere Nuklide untersucht werden, um die Änderung der Form und Größe in der Region der schwersten Elemente systematisch zu untersuchen. Solche Messungen sind bisher nur bei GSI möglich und vertiefen auf einzigartige Weise das Verständnis des Atom- und Kernaufbaus der schwersten Elemente. Die Ergebnisse spielen auch für die zukünftige Anlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) eine Rolle, die aktuell bei GSI gebaut wird. Die gleichen Techniken und Methoden könnten auch am Niedrigenergiezweig des Super-Fragmentseparators von FAIR Anwendung finden.
Die Experimente wurden durchgeführt von einem internationalen Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, dem Helmholtz-Institut Mainz, der TU Darmstadt, der KU Leuven (Belgien), der Universität von Liverpool (UK) und TRIUMF (Vancouver, Kanada).
Das Praktikum von Lilly Schönherr wurde von Dr. Wolfgang Quint und seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern aus der GSI-Atomphysik, insbesondere von Nils Stallkamp und Davide Racano, betreut. Sie war hauptsächlich an den Experimenten ARTEMIS und HILITE der Ionenfalle HITRAP tätig, die an den Experimentierspeicherring ESR angeschlossen ist. Während ihrer Arbeit konnte Lilly unter anderem Detektoren einbauen, Vakuum-Bauteile auf ihre Dichtigkeit prüfen oder ein thermisches Schild mit einer mehrschichtigen Folie ausstatten. Auch Fräsen in der Werkstatt, die Arbeit mit elektronischen Bauteilen und das Design von mechanischen Komponenten mit einem CAD-Programm gehörten dazu. Lilly möchte Physikerin werden und zieht In ihrem Praktikumsbericht das Fazit: „Ich hätte mir kein schöneres Praktikum wünschen können.“
Zum Arbeitskreis Schule Wirtschaft Osthessen gehören die sechs Unterarbeitskreise Schlüchtern, Gelnhausen, Hanau, Offenbach Stadt und Offenbach Landkreis Ost und West. Die Geschwister-Scholl-Schule gehört zum Arbeitskreis Offenbach Ost. Der Wettbewerb wird in sechs Schulformen durchgeführt. Eine Jury aus regionalen Repräsentanten von Schulen und Betrieben bewertet die Berichte nach ihrer formalen Struktur, ihrem Inhalt, ihrer Gestaltung und Originalität und nach dem Gesamteindruck. Die Gewinner der jeweiligen Schulformen erhalten Preise, die von Sponsoren zur Verfügung gestellt werden, sowie ein Siegerzertifikat.
Insgesamt soll die modernisierte Anlage für den künftigen FAIR-Betrieb mit einer deutlich höheren Leistungsstärke laufen und wird bereits für das nun startende Experimentierprogramm „FAIR-Phase 0“ einmalige Möglichkeiten bieten. Neben den GSI-Beschleunigern UNILAC (Linearbeschleuniger), SIS18 (Ringbeschleuniger) und ESR (Experimentierspeicherring) sowie den bestehenden Experimentaufbauten und dem Petawatt-Hochenergielaser PHELIX können auch schon FAIR-Komponenten genutzt werden, beispielsweise der Speicherring CRYRING sowie erste speziell für FAIR gefertigte Detektoren, Messapparaturen und weitere Hightech-Entwicklungen.
„Back in operation“, die Maschine läuft wieder, lautete die entscheidende Aussage der Beschleunigerfachleute. Dem ebenso spannenden wie äußerst erfolgreichen Moment, dem Neustart der Anlage, war die längste Shutdown-Phase in der Geschichte der GSI vorausgegangen. In den vergangenen zwei Jahren waren die GSI-Ringbeschleuniger-Anlagen für ihre zukünftige Rolle als Vorbeschleuniger für FAIR bereits wesentlich verbessert worden. Der Vor-Injektor wird in Zukunft für den FAIR-Betrieb weiter aufgerüstet.
Es ist eine Punktlandung geworden: Die Ablaufplanungen für Herunterfahren und Wiederinbetriebnahmen der Maschinen, die vor zweieinhalb Jahren erstellt worden waren, konnten auf den Tag genau eingehalten werden. Die Kernziele für die verschiedenen Teile der bestehenden Anlage sind erreicht. Dazu gehören unter anderem Maschinen-Upgrades, die neuen FAIR-Kontrollsysteme sowie neue Messtechnik. Auch die spätere Anbindung der GSI-Beschleuniger an FAIR ist vorbereitet worden. Zudem ist für die beginnende Experimentierzeit bereits die neue Umspannanlage auf dem FAIR-Baufeld Nord im Einsatz und ermöglicht eine leistungsgesteigerte Stromversorgung.
Das nun startende Wissenschaftsprogramm bedeutet einen großen Schritt in Richtung der zukünftigen Forschung an FAIR. „FAIR-Phase 0“ bietet herausragende Experimentiermöglichkeiten. Die Nachfrage aus der internationalen Wissenschaftsgemeinschaft nach der Nutzung von Strahlzeit ist entsprechend groß und untermauert, welche Attraktivität das FAIR-Projekt schon heute besitzt. Im vergangenen Jahr war für den Start des FAIR-Forschungsprogramms eine überwältigende Anzahl an Strahlzeitanträgen von über 1000 Wissenschaftlern eingereicht worden, die mehr als doppelt so viel Strahlzeit angefragt hatten als derzeit verfügbar ist. Dies zeigt die Bedeutung des Experimentierprogramms und die Begeisterung, die in den weltweiten Forscher-Communitys im Hinblick auf FAIR herrscht.
Ein festgelegtes Auswahlverfahren geht jeder Experimentierzeit voran: Die eingereichten Forschungsvorschläge werden von einem internationalen Komitee begutachtet und nach wissenschaftlicher Relevanz und Machbarkeit ausgewählt. Für dieses und kommendes Jahr sind 118 Experimente genehmigt worden. Dafür wird die Beschleunigeranlage rund 110 Tage pro Jahr laufen.
Während der Strahlzeiten kommen Wissenschaftler aus aller Welt nach Darmstadt, um an der Anlage ihre Fragestellungen zu untersuchen und die beschleunigten Teilchen für Experimente in unterschiedlichen Forschungsgebieten zu nutzen, von Teilchen-, Kern- und Atomphysik über Plasma- und Biophysik bis hin zur Materialforschung.
In den nächsten Wochen werden sich die Beschleunigerfachleute zunächst sorgfältig mit dem sogenannten „Commissioning with beam“ beschäftigen. Nach dem Test aller Grundfunktionen mit Strahl an den Maschinen werden die für den Experimentierbetrieb notwendigen Maschineneinstellungen getestet, wissenschaftlichen Messinstrumente feinjustiert und die Strahlqualität überprüft. Danach heißt es schließlich: „Beam on“ für die Wissenschaft und das FAIR-Forschungsprogramm. (BP)
]]>Gemeinsam wollen die Zentren zwei deutsche Leuchtturmprojekte der Beschleunigerforschung auf Grundlage innovativer plasmabasierter Teilchenbeschleuniger und hochmoderner Lasertechnologie aufbauen: bei DESY in Hamburg eine Elektronen- und am HZDR eine Hadronen-Beschleunigeranlage. An beiden Anlagen sollen verschiedene Einsatzgebiete entwickelt werden, die von einem kompakten Freie-Elektronen-Laser über neuartige medizinische Anwendungen bis hin zu neuen Einsatzmöglichkeiten in Kern- und Teilchenphysik reichen. Sobald die Nutzungsreife in einem Gebiet erreicht worden ist, könnten neue kompakte Nutzeranlagen in anderen Helmholtz-Zentren, aber auch in Universitäten und Krankenhäusern aufgebaut werden.
„Die Förderung des von DESY koordinierten ATHENA-Projekts ist ein wichtiger Meilenstein im 2011 begründeten ARD-Programm (Accelerator Research and Development) der Helmholtz-Gemeinschaft“, erklärt ARD-Initiator und DESY-Beschleunigerdirektor Reinhard Brinkmann. „Die Bündelung der Kompetenz aller Helmholtz-Beschleunigerzentren verspricht bahnbrechende Entwicklungen und neue Anwendungen für ultrakompakte Teilchenbeschleuniger.“
„Die Erforschung neuartiger Plasmabeschleuniger findet in einem Umfeld starker internationaler Wettbewerber aus den USA und Asien statt. ATHENA stärkt die traditionell führende Rolle der deutschen Beschleunigerforschung und unterstützt die internationale Wettbewerbsfähigkeit des deutschen Wissenschaftsstandortes“, sind sich Ralph Aßmann, ATHENA-Projektkoordinator und Leitender Wissenschaftler bei DESY, und Ulrich Schramm, Leiter der Laser-Teilchenbeschleunigung am HZDR, sicher.
Die ATHENA-Arbeiten sind durch die EU-geförderte Designstudie EuPRAXIA mit ihren 40 Partnerinstituten, ebenfalls durch DESY koordiniert, eng in die europäische Forschungslandschaft eingebettet. Damit hat das deutsche Spitzenforschungsprojekt ATHENA von Beginn an auch eine klare europäische Perspektive und Ausrichtung.
]]>Das GSI Helmholtzzentrum ist seit 2017 Mitglied des Netzwerks Teilchenwelt, zu dem insgesamt 30 Standorte gehören. Das Netzwerk Teilchenwelt unterstützt Teilchenphysik-Institute aus ganz Deutschland dabei, Workshops zu den Themen Astro- und Teilchenphysik an Schulen, Schülerlaboren oder Museen für Jugendliche und Lehrkräfte anzubieten. Nun hat der erste zweitägige Workshop auf dem Campus von GSI und FAIR und im Schuldorf Bergstraße stattgefunden. Ein GSI-Wissenschaftler und zwei GSI-Doktoranden, die sich im Netzwerk Teilchenwelt engagieren, leiteten die Veranstaltung mit Unterstützung der Lehrkraft. Mithilfe von echten Daten aus der Wissenschaft bekamen die Jugendlichen einen Eindruck, wie Forschung an großen Beschleuniger-Experimenten funktioniert. Sie werteten Daten des CERN-Experiments ALICE aus, an dem auch GSI-Forschende beteiligt sind. Bei einem Rundgang durch die Forschungsanlagen von GSI und FAIR konnten sie Teilchenbeschleuniger und Groß-Detektoren besichtigen.
Seit acht Jahren findet bei GSI und FAIR bereits die International Masterclass statt, bei der ebenfalls echte Experimentdaten ausgewertet werden. Mithilfe von Netzwerk Teilchenwelt soll das Angebot jetzt aber ausgeweitet werden. Weitere Veranstaltungen für Schülerinnen, Schüler und Lehrkräfte sind in Planung.
Jugendliche, Lehrkräfte und Projektleiter finden hier weitere Veranstaltungen und Unterrichtsmaterialien: https://www.teilchenwelt.de/
]]>Dies ist ein entscheidender Schritt hin zu dem vorgeschlagenen supraleitenden (Dauerstrich-) Linearbeschleuniger (oder auch cw-Linac), der mit seinem kontinuierlichen Teilchenstrahl neue Möglichkeiten für die Forschung eröffnen kann. Über die Ergebnisse berichten die Forscher nun im Fachjournal „Physical Review Accelerators and Beams“ (PRAB).
Der sogenannte Demonstrator des Dauerstrich-Linacs wurde an einer Testumgebung am GSI Helmholtzzentrum untersucht. Dabei wurden Argon-Ionen in die neuartige Beschleunigungsstruktur injiziert und beschleunigt. Das Testmodul besteht aus einer CH-Kavität, die von zwei supraleitenden Hochfeldmagneten umgeben ist. Dr. Winfried Barth, Leiter des Entwicklungsteams des cw-Linacs, bezeichnet das neue Design der CH-Kavität als zukunftsweisend und fasst den Erfolg des Tests zusammen: „Wir haben mit dem Demonstrator des cw-Linacs die vollständige Teilchenbeschleunigung bis hin zur angestrebten Strahlenergie erreicht. Mit einer Beschleunigungsspannung von 4,0 Mega Volt beschleunigte der Demonstrator auf einer Strecke von nur 70 cm einen Schwerionenstrahl mit einer Intensität von 1,5 Partikel-Mikroampere auf die Zielenergie.“ Damit sind die Funktion und die Leistungsfähigkeit des neuen Designs der CH-Kavität bestätigt.
Ein kontinuierlicher Teilchenstrahl aus dem vorgeschlagenen Dauerstrich-Linac ist beispielsweise für die Erzeugung und Untersuchung neuer chemischer Elemente interessant, aber auch für Experimente aus dem Bereich der Materialforschung, die von dem kontinuierlichen Strahl des vorgeschlagenen neuen Linac profitieren können. (BP)
Wissenschaftliche Veröffentlichung in Physical Review Accelerators and Beams
]]>Die Auszeichnung nahm Hannah Petersen nun bei der Quark-Matter-Konferenz in Venedig entgegen, bei der sie auch die neuesten Ergebnisse ihrer Arbeitsgruppe präsentierte. Die Quark-Matter-Konferenz ist mit über 800 Teilnehmern die größte Veranstaltung in diesem Bereich. Hannah Petersen ist das jüngste Mitglied des internationalen Beirats der Konferenz.
Auf dem Gebiet der relativistischen Schwerionenkollisionen, die die Möglichkeit bieten, stark wechselwirkende Materie unter extremen Bedingungen zu untersuchen, arbeitet Professorin Hannah Petersen an neuen theoretischen Beschreibungen des Materiezustands kurz nach dem Big Bang. „Durch die Beschleunigung von Blei- oder Goldkernen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit und deren Kollision können Temperaturen und Dichten erreicht werden, wie sie im frühen Universum nur Mikrosekunden nach dem Urknall, dem Big Bang existiert haben,“ erläuterte Hannah Petersen ihre Forschung. Bei so hohen Energiedichten sagt die grundlegende Theorie der starken Wechselwirkung, die Quantenchromodynamik, eine neue Phase der Materie voraus: das Quark-Gluon-Plasma, das sich unter extrem hohen Druck explosionsartig ausdehnt.
Hannah Petersen erkannte und untersuchte als eine der Ersten, dass und wie der Verlauf dieser Explosion von Dichte- und Temperaturschwankungen als Folge von Quanteneffekten beeinflusst wird. Über den Vergleich von Theorie und experimentellen Daten stellte die junge Forscherin ein vielzitiertes Hybrid-Modell auf, das die Dynamik des Plasmas und seine Viskosität in Abhängigkeit vom jeweiligen Anfangszustand der Quantenfluktuation abbildet.
Das künftige Beschleunigerzentrum FAIR wird den Forscherinnen und Forschern Bedingungen zur Verfügung stellen, wie sie sonst nur im Weltall herrschen. Die Arbeit von Hannah Petersen und ihrer Nachwuchsgruppe ist ein wichtiger Baustein, um aus den Experimenten wesentliche Schlüsse zu ziehen. Ihr Hauptziel ist es, einen Transportansatz für die dynamische Beschreibung von Schwerionenreaktionen bei FAIR mit modernsten Rechentechniken zu entwickeln. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, zeigte sich sehr erfreut über die Auszeichnung für die junge Forscherin: „Mit ihrer Analysemethode legt Hannah Petersen wichtige neue Grundlagen für experimentelle Messungen an FAIR. Ihre Arbeit wurde nun zu Recht mit der höchsten Auszeichnung für junge theoretische Forscher in der Schwerionenphysik gewürdigt.“
Die Zimanyi-Medaille wird vom Wigner-Forschungszentrum für Physik der Ungarischen Akademie der Wissenschaften in Budapest verliehen. Mit der Ehrung soll an den 2006 verstorbenen Kernphysiker József Zimányi erinnert werden. Zimányi war unter anderem Mitglied der Ungarischen Akademie der Wissenschaften und Professor am Institut für Teilchen- und Kernphysik (RMKI). Die Medaille wird an theoretische Physikerinnen und Physiker verliehen, die jünger als 40 Jahre sind und deren Forschung auf dem Gebiet der theoretischen Hochenergie-Kernphysik wichtige internationale Anerkennung und Wirkung erlangt hat. (BP)
]]>PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments) gehört zu den stärksten Lasern weltweit. Er kann Laserpulse mit Energien bis zu 1.000 Joule und Laserpulse mit Leistungen bis zu einem halben Petawatt liefern. Die Leistung ist Trillionen Mal, das heißt Milliarden mal Milliarden Mal, höher als bei einem Laserpointer oder einem Laser in einem CD-Spieler.
PHELIX hat solche Ausmaße, dass er in einem eigenen Gebäude von der Größe eines zweistöckigen Wohnhauses unter Reinraumatmosphäre untergebracht ist. Der Laserstrahl, der einen Durchmesser von 30 cm besitzt, wird mit Spezial-Spiegeln zum Experimentierplatz geleitet und dort auf einen Punkt fokussiert. Nur etwa alle 90 Minuten kann ein Laserpuls erzeugt werden.
Seit der ersten Inbetriebnahme im Jahr 2008 hat PHELIX insgesamt 115 Betriebszeiträume, sogenannte Strahlzeiten, absolviert. Über 100 Experimente wurden dabei erfolgreich durchgeführt, daraus resultieren mehr als 70 wissenschaftliche Publikationen. Die Nachfrage aus den Forschungscommunitys nach Strahlzeit an PHELIX ist seit Jahren groß, regelmäßig wird mehr Strahlzeit angefragt als bedient werden kann. Daher gibt es ein festgelegtes Auswahlverfahren, um Forschergruppen zu ermöglichen, an PHELIX ihre Fragestellungen zu untersuchen. Nach den jeweiligen Aufrufen zur Einreichung von Vorschläge werden diese von einem internationalen Komitee begutachtet und nach wissenschaftlicher Relevanz und Machbarkeit ausgewählt.
„Mit PHELIX können in Kombination mit der GSI-Beschleunigeranlage für Ionen weltweit einzigartige Experimente durchgeführt werden“, sagt Dr. Vincent Bagnoud, Leiter der Forschungsabteilung „Plasmaphysik/PHELIX“ bei GSI. „Ziel ist es, Materie zu erforschen, wenn sie als sogenanntes Plasma vorliegt. Dabei ist die Atomhülle ganz oder teilweise von den Atomkernen getrennt. Dies ist nur unter Extrembedingungen, das heißt vor allem hohen Temperaturen möglich, wie sie in Sternen oder im Inneren von großen Planeten, zum Beispiel dem Jupiter, vorherrschen.“ Plasma ist einer der vier Aggregatzustände, die Materie annehmen kann – neben den bekannteren Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig. Aus dem Alltag sind uns weniger energiereiche Plasmen bekannt, etwa eine Kerzenflamme oder Blitze bei einem Gewitter.
In ihren Experimenten bestrahlen die Forscherinnen und Forscher Materialproben. Sie können durch den Laserstrahl so stark aufgeheizt werden, dass sich ein Plasma bildet. Nur Bruchteile von Sekunden später können sie mit Ionen beschossen werden. Die Analyse der dabei auftretenden Reaktionen erlaubt es, die Eigenschaften des Plasmas zu erforschen.
Ebenfalls wird die Möglichkeit untersucht, mithilfe des Laserstrahls Ionen zu beschleunigen und sie dann in feststehende konventionelle Beschleunigerstrukturen zu überführen. Die Kombination aus Laser und Ionenbeschleuniger ist in dieser Form einmalig und erlaubt es, besonders kurze Ionenpulse mit hohen Teilchenzahlen zu erzeugen.
Für die Zukunft, insbesondere für die Nutzung an der Beschleunigeranlage FAIR, sind weitere Verbesserungen angedacht: Langfristig streben die Forscher bei der Ionenbeschleunigung mit dem Laser verschiedene Ionensorten, höhere Energien und höhere Intensitäten an. Auch eine Erhöhung der Wiederholrate des Lasers ist geplant.
]]>Die neuartigen Lasersysteme von Class 5 Photonics werden bereits weltweit in zahlreichen Forschungslaboren eingesetzt. Das Unternehmen konnte bereits im Januar dieses Jahres den Branchenpreis PRISM AWARD in der Kategorie Laser gewinnen. Der „Supernova OPCPA“ ist das Flaggschiffprodukt des Unternehmens und ermöglicht es Wissenschaftlern, ihre Experimente bis zu zehn Mal schneller durchzuführen.
Robert Riedel, CEO Class 5 Photonics freut sich über die erneute Ehrung: „Wir sind unglaublich stolz auf diese Auszeichnung. Der ‘Supernova OPCPA‘ konnte sich zum zweiten Mal gegen viele herausragende Konkurrenten als Gewinner durchsetzen – es zeigt wirklich, wie gefragt dieses Produkt ist. Dies ist ein enormer Ansporn für uns, so weiterzumachen und noch besser zu werden.“
Das Spin-off war 2014 gegründet worden. Die Forscher vom Helmholtz-Institut Jena und vom DESY entwickeln flexible Hochleistungslaser, die Pulse im Femtosekundenbereich erzeugen. Eine Femtosekunde entspricht einer billiardstel Sekunde. Derart kurze Laserpulse sind von großer Bedeutung für die Wissenschaft, eröffnen aber auch neue Anwendungen, zur 3D-Nanostrukturierung.
Die Veranstaltung begann mit dem jährlich stattfindenden Ionenstrahl-Workshop deutscher Arbeitsgruppen, die sich mit Positronen und Ionenstrahlen (von eV bis GeV) zur Analyse, Materialmodifizierung und Herstellung von Nanostrukturen befassen. In zahlreichen Beiträgen wurden Fortschritte der vom Bundesforschungsministerium geförderten Verbundforschungsprojekte vorgestellt und Aktivitäten während der FAIR-Phase 0 diskutiert. Im darauffolgenden MAT-Collaboration-Meeting präsentierten die Nutzer der GSI-Anlagen ihre aktuellen Aktivitäten zu Themen wie Strahlungseffekte in Festkörpern, Strahlungshärte von Beschleunigermaterialien und elektronischen Bauelementen sowie der Ionenspur-Nanotechnologie.
Die Veranstaltung bot zudem Gelegenheit, mit Expertinnen und Experten der Materialwissenschaften, Plasmaphysik, Hochdruckphysik, Mineralogie und Geowissenschaften zukünftige Möglichkeiten an den APPA-Experimentierplätzen bei FAIR zu diskutieren. APPA ist eine der vier wissenschaftlichen Säulen des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR.
Dedizierte Vorträge behandelten spannende Themen wie die Reaktion von verschiedenen Materialien auf mehrere simultan angewandte extreme Bedingungen (z. B. Bestrahlung, Temperatur und Druck) und die Gewinnung von neuen Hochdruckphasen. Weitere Themen beinhalteten die strahlinduzierte Emission akustischer Signale, Maßnahmen gegen Oberflächendesorption durch hochintensive Ionenstrahlen und die Physik warmer dichter Materie, auch in Kombination mit nanostrukturierten Targets. Die intensiven Diskussionen machten deutlich, dass die Kopplung von schweren Ionen und hohem Druck mit neuerster Instrumentierung spannende neue Forschungsmöglichkeiten bietet, die teilweise bereits an den bestehenden Einrichtungen innerhalb der Phase 0 von FAIR verfügbar sind.
]]>Die Projektsteuerung hat sich inzwischen als eigenständige Leistungsdisziplin bei großen Bauvorhaben etabliert. Auch das künftige Beschleunigerzentrum FAIR, das derzeit am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung entsteht, ist ein Beispiel für die Bedeutung eines zielgerichteten, lösungsorientierten Projektmanagements. Jörg Blaurock, der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, stellte in seinem Vortrag vor den Tagungsteilnehmer das FAIR-Projekt in seinen Facetten vor.
Für die Realisierung des hochkomplexen Mega-Bauprojekts wurde eine ganzheitliche, effiziente Projektorganisation aufgebaut. In der Gesamtplanung sind Hoch-, Tief- und Ingenieurbau, Beschleunigerentwicklung und -bau, sowie die wissenschaftlichen Experimente eng aufeinander abgestimmt, was ein sehr konzentriertes Vorgehen bei der Realisierung von FAIR ermöglicht. Eine integrierte Bauablaufplanung und maßgeschneiderte Vergabestrategien für die Bauleistungen wurden entwickelt und etabliert.
Im Sommer 2017 hatte unter breitem öffentlichen Interesse der Bau von FAIR mit dem ersten Spatenstich für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 begonnen. In den nächsten Jahren entsteht in internationaler Zusammenarbeit eine einzigartige Beschleunigeranlage, an der eine nie dagewesene Vielfalt an wissenschaftlichen Experimenten möglich sein wird. Für die Realisierung treiben Wissenschaftler, Ingenieure, weitere Experten und Industriepartner technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen in einem strukturierten Prozess voran. (BP)
]]>Atomkerne bestehen aus zwei Unterbausteinen, den Protonen und Neutronen. Schütrumpf und Nazarewicz haben ein Modell entwickelt, mit dem das Verhalten der Kernbausteine vorhergesagt und visualisiert werden kann. Die neue Technik zeigt, dass Gruppen von Protonen und Neutronen vorübergehend Cluster bilden, die kleineren, stabilen Kernen innerhalb des größeren, in der Kollision produzierten Kerns entsprechen. Diese Cluster sind veränderlich und können zwischen verschiedenen Zuständen wechseln.
Die Forscher analysierten Reaktionen verschiedener Kernkollisionen der Elemente Sauerstoff, Kalzium und Kohlenstoff, die – abhängig von der Kollisionsenergie – in entweder einer Fusion oder einer Spaltung enden können. Die Berechnungen zeigen Cluster, die Helium-4-Kernen, Kohlenstoff-12-Kernen, Magnesium-24-Kernen oder Argon-36-Kernen entsprechen. Beispielsweise bilden zwei Sauerstoff-16-Kerne in ihrer Kollision bei einer Energie von 20 Megaelektronenvolt einen Pre-Compound, in dem zwei Kohlenstoff-12-Cluster gegen zwei Helium-4-Kerne (Alpha-Teilchen) oszillieren.
„Solche flüchtigen Kernzustände kommen häufig in Sternen und anderen Phänomenen im All vor, weshalb sie für die Forscher besonders interessant sind und oft in Kollisionsexperimenten untersucht werden. Ihre Struktur zu verstehen, ist grundlegend für ihre Entschlüsselung“, erklärt Dr. Bastian Schütrumpf, der als Postdoc in der Forschungsabteilung „Theorie“ bei GSI arbeitet. „Aufgrund vorheriger theoretischer Berechnungen und von Experimente konnte bereits auf die Clusterbildung in Pre-Compounds geschlossen werden. Bisherige Modelle konnten ihre detaillierte Natur aber nicht darstellen.“ Um dieses Problem zu lösen, verwendeten Schütrumpf und Nazarewicz eine mathematische Methode, die ursprünglich dafür genutzt wurde, Elektronenanordnungen in Atomen und Molekülen zu beschreiben, und wendeten sie auf die Kernbausteine an.
In der Zukunft wollen die Forscher ihre theoretischen Berechnungen verbessern und noch weiter ausbauen. So könnte das Modell auch kompliziertere, asymmetrische Reaktionen mit unterschiedlichen Kernen angehen. Wenngleich die jetzige Anwendung auf Reaktionen bei niedrigen Energien fokussiert ist, stellt die Clusterbildung von Neutronen und Protonen ein allgegenwärtiges Phänomen dar, das auch hochenergetische Kollisionen betrifft, wie sie beispielsweise an FAIR vorkommen werden.
FAIR und GSI präsentieren sich auf der IPAC mit einem Messestand im Ausstellungsareal. Die Ausstellung ist vom 29. April bis zum 2. Mai täglich bis 18 Uhr geöffnet. Dort stehen FAIR-Experten für Gespräche zur Verfügung, um tiefergehende Informationen zu den Beschleunigern und Experimenten bereitzustellen und Fragen zu beantworten. In zwei Vorträgen informieren Dr. Peter Spiller, Leiter der für den neuen FAIR-Ringbeschleuniger verantwortlichen Abteilung „SIS100/SIS18“, über den Status des FAIR-Projekts und Professorin Mei Bai, Leiterin des Beschleunigerbetriebs, über die Herausforderungen der aktuellen Experimentieraktivitäten der FAIR-Phase 0.
Zu Beginn des Girls’Day wurden die Teilnehmerinnen von Dorothee Sommer, Leiterin der Personalabteilung, und Dr. Birgit Kindler als Vertreterin des Gleichstellungsgremiums begrüßt. Im Anschluss folgte ein Rundgang durch die Beschleuniger- und Experimentieranlagen auf dem Forschungscampus.
Anschließend konnten die Schülerinnen in Werkstätten, Technologielaboren und Forschungsabteilungen ganz praktische Erfahrungen in unterschiedlichen technischen und wissenschaftlichen Arbeitsgebieten sammeln. Zahlreiche Abteilungen hatten sich mit einem speziellen Programm auf den Besuch der Mädchen vorbereitet und kümmerten sich intensiv um die jungen Besucherinnen. So durften die Schülerinnen beispielsweise selbst in der Werkstatt arbeiten, Elektronik löten und mit Beton arbeiten. Auch ein Rundgang auf dem Baufeld, wo die weltweit einzigartige Teilchenbeschleuniger-Anlage FAIR entstehen wird, gehörte dazu.
Am Ende blickten die Mädchen auf einen spannenden Tag zurück und konnten sich zudem über viele praktische Ergebnisse freuen. So hatten sie beispielsweise Kerzenhalter selbst hergestellt und Buttons zum Anstecken selbst gefräst, mit flüssigem Stickstoff Eis selbst gemacht, Fahrräder auf ihre vollständige Sicherheitsausstattung überprüft oder in der Galvanik kleine Bauteile mit einer Metallschicht überzogen.
Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Betriebe und Hochschulen in ganz Deutschland öffnen an diesem Tag ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten tätig sind.
]]>Jonson erhielt die Lomonossow-Medaille für seine umfangreichen Beiträge zu den Grundlagen der Kernphysik. Die RAS hob die fundamentale Wichtigkeit seiner Untersuchungen von Kernstruktur und Kernstabilität der leichtesten exotischen Kerne an den Grenzen der Kernstabilität hervor.
Mit dem Preis werden herausragende Errungenschaften in Natur- und Geisteswissenschaften geehrt. Unter den bisherigen Preisträgern sind viele renommierte Wissenschaftler und sogar Nobelpreisträger.
Die Verleihung der Medaille fand auf der Mitgliederversammlung der RAS im März 2018 in Moskau statt. Die Lomonossow-Medaille wird seit 1959 jedes Jahr verliehen. Seit 1967 gibt es zwei jährliche Medaillen: eine für einen russischen und eine für einen ausländischen Preisträger. Die diesjährige russische Medaille ging an Professor Yuri Oganessian.
]]>Schon vor etwa 15 Jahren wurde an der PTB in Braunschweig das Konzept einer neuen Atomuhr mit einzigartigen Eigenschaften entwickelt: Taktgeber der Uhr soll nicht eine Übergangsfrequenz zwischen zwei Zuständen in der Elektronenhülle von Atomen sein, wie es bei allen heutigen Atomuhren der Fall ist, sondern eine Übergangsfrequenz im Atomkern. Die Protonen und Neutronen im Atomkern sind um viele Größenordnungen dichter gepackt und fester gebunden, als die Elektronen in der Atomhülle, und damit weniger empfindlich gegen äußere Störungen, die ihre Übergangsfrequenzen ändern könnten; gute Bedingungen also für eine Uhr von hoher Genauigkeit. Normalerweise liegen die Frequenzen von Kernübergängen dafür aber auch viel höher als diejenigen von Hüllenübergängen – im Bereich von Röntgenstrahlung – und sie sind daher für Atomuhren, die bisher ausschließlich auf Mikrowellen oder Laserlicht basieren, nicht nutzbar.
Die einzige bekannte Ausnahme, und Grundlage des PTB-Vorschlags, ist der Kern Thorium-229. Dieser besitzt einen quasi-stabilen, sogenannt isomeren Kernzustand bei außerordentlich geringer Anregungsenergie. Damit existiert ein Übergang zwischen dem Grundzustand und diesem Isomer, der im Frequenzbereich von ultraviolettem Licht liegt, noch erreichbar mit Lasertechnik wie sie ähnlich auch in heutigen optischen Atomuhren verwendet wird. Mehr als zehn Gruppen weltweit arbeiten derzeit an Forschungsprojekten zur Realisierbarkeit einer Thorium-229-Kernuhr. Dabei erwies sich die Fragestellung experimentell als äußerst schwierig. So ist es bis heute nicht gelungen, den Kernübergang mit optischen Methoden zu beobachten, da die exakte Anregungsenergie des Isomers bisher nur grob bekannt ist. Wie für die Uhr erwünscht, ist die Resonanz des Übergangs extrem scharf und kann nur beobachtet werden, wenn die Frequenz des Laserlichts exakt zur Energiedifferenz der beiden Zustände passt. Das Problem gleicht damit der sprichwörtlichen Suche nach der Nadel im Heuhaufen.
In einer Kooperation von Wissenschaftlern und Ingenieuren der PTB, der LMU, der JGU, des HIM und des GSI Helmholtzzentrums ist jetzt ein wichtiger Durchbruch erzielt worden: Es konnten erstmals grundlegende Eigenschaften wie Größe und Form der Verteilung der Protonen im isomeren Zustand des Th-229-Kerns gemessen werden. Dafür wurden die Th-229-Kerne nicht, wie zukünftig in der Uhr, vom Grundzustand aus mittels Laserlicht angeregt, sondern in einer von der LMU entwickelten Apparatur im angeregten Zustand aus dem Alpha-Zerfall von Uran-233 gewonnen, abgebremst und in einer Ionenfalle als Th2+-Ionen gespeichert. Eine hierfür geeignete Uran-233-Quelle wurde von den Gruppen in Mainz und Darmstadt hergestellt. Dazu wurde Uran-233 chemisch aufgereinigt und seine Tochterprodukte wurden entfernt, um einen Einfluss auf die Messung zu verhindern. Anschließend wurden in einem elektrochemischen Verfahren passgenaue Quellen als homogene Dünnschicht auf einer Siliziumunterlage für die PTB-Laserexperimente in der LMU-Apparatur abgeschieden. Christoph Düllmann, Professor am Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Leiter der beteiligten Gruppen an HIM und GSI, sagt: „Unsere Beiträge in diesem interdisziplinären Team aus Physikern und Chemiker zu einem Thema, das die Bereiche der Kernphysik und der Atomphysik verbindet, zeigt, dass kernchemische Expertise für die Bereitstellung geeigneter Proben für Experimente in verschiedensten Gebieten der aktuellen Forschung in Physik und Chemie unerlässlich ist.“
Mit Lasersystemen, die für die Spektroskopie dieser Ionen an der PTB entwickelt wurden, konnte man Übergangsfrequenzen in der Elektronenhülle der Th2+-Ionen präzise vermessen. Da diese Frequenzen von den Kerneigenschaften direkt beeinflusst werden, lassen sich daraus die Informationen über Eigenschaften des Kerns erhalten. Theoretische Modelle allein waren bisher nicht in der Lage vorherzusagen, wie sich die Struktur des Th-229-Kerns bei diesem ungewöhnlich niederenergetischen Übergang verhält.
Professor Thomas Stöhlker, stellvertretender Forschungsdirektor und Leiter des Bereichs Atomphysik von GSI, sagt: „Diese phantastischen neuen Ergebnisse sind sehr hilfreich, um in zukünftigen Experimenten an den Speicherringen von GSI und FAIR die Energiebestimmung des Übergangs in Th-229 vorzunehmen und diesen mit hoher Präzision zu vermessen.“ Ferner kann nun die laserspektroskopisch leichter messbare Struktur der Elektronenhülle genutzt werden, um eine Laseranregung des Kerns nachzuweisen. Die Suche nach der optischen Resonanzfrequenz des Th-229-Kerns als der Nadel im Heuhaufen ist damit noch nicht abgeschlossen, aber man weiß nun viel genauer, wie die versteckte Nadel eigentlich aussieht.
Die tonnenschweren Quadrupoleinheiten bestehen jeweils aus einem supraleitenden Quadrupolmagneten, kombiniert in verschiedenen Zusammensetzungen mit supraleitenden Sextupol- und Steerermagneten (Korrekturmagneten). Supraleitung bedeutet, dass der Strom, anders als in den üblichen Kupferkabeln, ohne jeglichen elektrischen Widerstand fließt. Um Supraleitung herzustellen, werden die Einheiten im Betrieb auf rund -270 Grad abgekühlt.
Die Abnahmetests der FoS-Einheiten erfolgten in Russland in Anwesenheit einer GSI-Expertenmannschaft und dem zuständigen Arbeitspaketleiter Egbert Fischer. Bei den Leistungstests bei einer Betriebstemperatur um 4,5 K (das entspricht 4,5 Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei rund -273 Grad) zeigten die Quadrupolmagnete ein einwandfreies Verhalten im schnellen Pulsbetrieb mit 23.000 Ampere pro Sekunde bis deutlich über den angestrebten maximalen Betriebsstrom von etwa 12.000 Ampere. Erste Auswertungen der gemessenen Magnetfelder weisen auf eine ausreichend gute Qualität hin, die im Rahmen der definierten Anforderungen liegt.
Mit der nun bevorstehenden Abnahme und dem Versand der FoS-Einheiten an FAIR wird demnächst die Freigabe der Serienfertigung angestrebt. Die beiden Einheiten durchlaufen bei GSI einen ersten Integrationstest und werden dabei gemeinsam mit weiteren Einbauten auf einem Trägersystem montiert.
Für die Durchführung der Kalttests der Serieneinheiten wurde in den vergangenen vier Jahren gemeinsam von GSI und dem Joint Institute for Nuclear Research (JINR) eine leistungsfähige Testanlage in Dubna, Russland, errichtet. Mit einer offiziellen Zeremonie war die Anlage Ende 2016 in Betrieb genommen worden. Sie dient dem Testen supraleitender Magnete für die beiden künftigen Beschleunigerzentren FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) und NICA (Nuclotron-based Ion Collider fAcility), die derzeit in Darmstadt bei GSI und in Dubna am JINR entstehen. Die Anlage wird in etwa je zur Hälfte für die Magnete des NICA-Projektes und in Zukunft für die FAIR-Magnete des SIS100 verwendet werden. Ein entsprechender Vertrag zur operativen Durchführung des Serientestens soll in Kürze unterzeichnet werden. JINR übernimmt in diesem Zuge die SAT-Tests (Site Acceptance Tests) der Quadrupoleinheiten im Auftrag von GSI.
Bei der Errichtung von FAIR werden in zahlreichen Bereichen innovativsten Methoden und Techniken entwickelt und verwendet. Ein Beispiel dafür sind auch die Hauptquadrupole der Einheiten, die jetzt den Kalttest durchlaufen haben. Sie basieren auf einer Technologie, die erstmals für den Nuklotronbeschleuniger am JINR entwickelt wurde. Kern dieser Technologie ist ein sogenanntes Nuklotronkabel, das aus einem mit supraleitenden Strängen umwickelten Kupfernickel-Rohr besteht. Diese Kabeltechnologie unterscheidet sich grundsätzlich von den Rutherford-Kabeln, die in Hochfeldmagneten eingesetzt werden und eignet sich insbesondere zum Bau von supraleitenden Magneten, die schnelle, elektrische Stromänderungen (hohe Rampraten) ermöglichen sollen. Die Technologie der Nuklotronmagnete wurde in Verlauf eines mehrjährigen Entwicklungsprozesses gemeinsam mit dem JINR für die Anwendung im FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 optimiert.
Dabei standen die Reduktion der dynamischen Verluste (Wärmeeintrag) bei hohen Rampraten, die Optimierung des magnetischen Designs und die Adaption an ein neues Hochstrom-Nuklotronkabel mit hinreichend geringem hydraulischem Widerstand im Fokus. Die Technologie der Korrekturmagnete basiert auf einer eigens für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100 vorgenommenen Weiterentwicklung des Nuklonkabels mit gegeneinander isolierten Strängen. Durch die Isolation der Stränge ist es möglich, bei reduziertem Strom die Windungszahl einer Spule deutlich zu erhöhen.
Die Entwicklung des neuen Kabeltyps wurde zunächst im Rahmen eines Förderprogramms von Bundesforschungsministerium (BMBF) und JINR vorangetrieben und konnte mit der Abnahme der ersten beiden SIS100-Einheiten erfolgreich abgeschlossen werden. (BP)
]]>Auf der Karrieremesse konnten FAIR und GSI eine ganze Reihe von aktuellen Stellenausschreibungen anbieten, davon ein Großteil im Fachbereich „FAIR Site & Buildings“. Im Fokus standen dabei vor allem spezialisierte Ingenieurinnen und Ingenieure sowie Technikerinnen und Techniker mit den Schwerpunkten Bau, Gebäudetechnik und Elektrotechnik in der Planung und Realisierung, aber auch IT-Spezialistinnen und -Spezialisten. Berufseinsteiger und Interessierte mit erster Berufserfahrung waren ebenso gefragt wie langjährig Berufserfahrene.
Am Messestand von FAIR und GSI herrschte rege Nachfrage, zahlreiche Teilnehmerinnen und Teilnehmer nutzten die Gelegenheit, in den direkten Dialog zu treten und sich ausführlich über Einstellungsmöglichkeiten und Karrierechancen zu informieren. Die Ansprechpartner von FAIR und GSI waren durchgehend im Gespräch mit Interessierten und potenziellen Bewerberinnen und Bewerbern. Außerdem gab es umfangreiche Informationen zum FAIR-Projekt, einem der größten Bauvorhaben für die Forschung weltweit, das auch auf dem zentralen Präsentationsforum der Messeveranstaltung vorgestellt wurde.
Jörg Blaurock, der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, zog eine positive Bilanz des Messeauftritts. „Unsere Präsenz in diesem Umfeld des hochqualifizierten Ingenieurs- und Technikbereichs hat sich gelohnt. Wir waren zudem eines der wenigen Unternehmen aus dem Bereich Wissenschaft und Forschung. Ein Alleinstellungsmerkmal, das auf reges Interesse stieß.“
Schon am Messetag selbst waren viele Initiativbewerbungen zu verzeichnen, auch die Resonanz über den regulären Bewerbungsweg in der Folgezeit ist groß. (BP)
Mehr Informationen zum Arbeiten bei FAIR und GSI und zu aktuellen Stellenangeboten gibt es hier.
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Die FAIR/GSI-Geschäftsführung informierte die Delegation in zwei Einführungsvorträgen über die bestehenden GSI-Beschleunigeranlagen und -Forschungserfolge sowie über das zukünftige internationale Forschungszentrum FAIR und den Fortgang des Bauprojekts. In einer Busrundfahrt über die Baustelle konnten die Teilnehmerinnen und Teilnehmer den Fortschritt selbst in Augenschein nehmen: Die laufenden Arbeiten beinhalten unter anderem den Anschluss der bestehenden GSI-Anlagen an den FAIR-Beschleuniger, die Inbetriebnahme von zwei Transformatorstationen zur Stromversorgung der Anlagen und die Ausschachtungen für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS100.
Des Weiteren besuchte die Delegation in einem Rundgang durch die bestehende Forschungsanlage den Experimentierspeicherring ESR, die Tumortherapie mit Kohlenstoffionen sowie den Großdetektor HADES, der Teil des CBM-Experiments zur Untersuchung komprimierter Materie an FAIR werden wird.
]]>Ein Team unter der Leitung von LMU-Physikern revolutioniert die lasergetriebene Beschleunigung von Protonen durch winzige Plastikkügelchen. Die erzeugten Protonenstrahlen besitzen einzigartige Eigenschaften, von der zukünftige Anwendungen profitieren können. Die Experimente wurden am PHELIX-Laser auf dem Campus von GSI und FAIR durchgeführt.
Ein Team unter der Leitung von Physikern der LMU hat auf winzige Plastikkügelchen starke Laserpulse auftreffen lassen. Durch diese Interaktion beschleunigten sie einen Teil der Kügelchen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit. Der produzierte Protonenstrahl unterscheidet sich grundlegend von den bisher mit Folien erzeugten Strahlen: Er weist eine um ein Vielfaches größere Dichte an Teilchen auf. Darüber berichten die Forscher aktuell in der Fachzeitschrift Nature Communications.
Eine neue Entwicklung in der Beschleunigertechnologie sind lasergetriebene Plasmabeschleuniger. Dabei werden Elektronen oder Protonen mit Hilfe starker Laser nahezu auf Lichtgeschwindigkeit gebracht. Als Quelle für die Protonen dient in der Regel eine dünne Folie, die mit einem starken Laserpuls beschossen wird. Physiker der LMU haben nun diese Folie durch schwebende Plastikkügelchen ersetzt. Der Durchmesser dieser Kugeln beträgt nur einen Millionstel Meter. Die Mikrokugeln sind so klein, dass man sie weder aufhängen noch aufspießen kann. Die Forscher ließen die Kugeln mit hoher Präzision schweben. Die dazu benötigte Apparatur wurde am Lehrstuhl für Medizinphysik an der LMU entwickelt.
„Vereinfacht, kann man sich das Experiment wie beim Billardspiel vorstellen, wobei die eine Kugel aus Licht besteht und die andere unsere mikroskopisch kleine schwebende Kugel darstellt“, erklärt Peter Hilz, der Leiter des Experiments. Die neuen Protonenstrahlen werden Experimente ermöglichen, die früher als undurchführbar galten.
Im vergangenen Jahr stellten Physiker an der TU Darmstadt das bisherige Verständnis vom Wechselspiel von Elektron und Atomkern in Frage. Nun legen sie mit einem Lösungsansatz dieses sogenannten „Hyperfein-Rätsels“ nach. In einem Artikel der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“ präsentieren sie neue Messungen der magnetischen Eigenschaften von Wismut-Atomkernen. Beteiligt war auch ein Forscher des Helmholtz-Instituts Jena, einer Außenstelle von GSI.
Das optische Spektrum eines Atoms kommt durch die Wechselwirkung des Lichts mit den Elektronen in der Atomhülle zustande. Aber auch Einflüsse der inneren Struktur des Atomkerns treten bei sehr präzisen Messungen zutage und werden als „Hyperfeinstruktur“ bezeichnet. Bei der Messung der Hyperfeinstruktur in schweren hochgeladenen Ionen mit nur wenigen verbleibenden Elektronen hatten Darmstädter Physiker eine Abweichung der experimentell bestimmten Aufspaltungen zu theoretischen Vorhersagen gefunden. Die beobachteten Abweichungen wurden als „Hyperfein-Rätsel“ bekannt. Sie warfen die Frage auf, ob die Wechselwirkung zwischen den wenigen an den Atomkern gebundenen Elektronen und dem Kern unter dem Einfluss der dort herrschenden gewaltig starken Magnetfelder vollständig verstanden ist. Als nächster entscheidender Schritt zur Lösung des Rätsels stand die Neubestimmung der Stärke des magnetischen Feldes des Atomkerns an. Theoretische Vorhersagen hängen sehr stark von dieser experimentell zu bestimmenden Größe ab.
Physiker des Institutes für Kernphysik (AG Nörtershäuser) und des Institutes für Festkörperphysik (AG Vogel) der TU Darmstadt arbeiteten zusammen, um die Stärke des dem Atomkern innewohnenden Magnetfeldes – das magnetische Moment – neu zu messen. Dazu verwendeten sie die Technik der Kernresonanzspektroskopie, die als MRT in der Medizin Anwendung findet. Sie beruht darauf, dass Atomkerne ein Magnetfeld aufweisen, wenn sie wie das untersuchte Wismutisotop einen Kernspin besitzen, also um eine Achse rotieren. Nord- und Südpol des Kernmagnetfeldes sind entlang dieser Achse ausgerichtet, und unter dem Einfluss eines externen Magnetfeldes richten sich die Pole entlang der äußeren Magnetfeldachse aus. Strahlt man nun Radiowellen geeigneter Frequenz auf die untersuchten Atome, kann die Orientierung der Kernmagnete umgeklappt werden. Dies lässt sich beobachten. Die Frequenz der Radiowellen, bei der die Pole sich umkehren, hängt vom kernmagnetischen Moment ab. Kennt man die Frequenz, kann man schlussfolgern, wie groß das magnetische Moment ist.
Dazu brachten die Forscher eine Flüssigkeit angereichert mit Wismutionen in einen supraleitenden Magneten ein und strahlten über eine kleine Spule Radiofrequenzen ein, bis sie bei den Wismutionen eine Polumkehr beobachteten.
Die Schwierigkeit dabei: Die chemische Umgebung der Ionen, also die Flüssigkeit, in der sie sich befinden, verändert das externe Magnetfeld in der Nähe des Atomkerns. Dadurch wird die genaue Bestimmung des magnetischen Moments beeinflusst. Dieser störende Effekt muss herausgerechnet werden. Dafür wurden in einer Theoriegruppe der Universität in St. Petersburg und am Helmholtz-Institut Jena hochspezialisierte quantentheoretische Berechnungen durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass bei der Verwendung von Wismutnitratlösungen der Effekt viel stärker ist als bisher angenommen. Messungen mit Hilfe von Wismutnitratlösungen erwiesen sich somit als ungenügend.
Einen Durchbruch erzielten die Forscher schließlich durch die Verwendung einer komplexen metall¬organischen Verbindung, die in organischer Lösung Hexafluoridobismutat(V)-Ionen bereitstellt. Die Darmstädter Forscher fanden Unterstützung in einer auf Fluorchemie spezialisierten Arbeitsgruppe der Universität Marburg, in der eine Probe der benötigten Substanz hergestellt wurde. Damit konnten sehr viel schmalere Resonanzkurven als mit Wismutnitrat gemessen und präzisere Aussagen über die magnetischen Kräfte am Kern getroffen werden. Auch quantentheoretisch ließ sich dieses System sehr viel genauer berechnen als das bislang verwendete Wismutnitrat.
Die Wissenschaftler nutzten den neu bestimmten Wert für das magnetische Moment des stabilen Wismutisotops und trafen eine theoretische Vorhersage der Hyperfeinstrukturaufspaltungen in den hochgeladenen Ionen. Der Abgleich mit experimentell gewonnen Werten zeigte: Diese Vorhersage stimmte weitgehend mit den Ergebnissen von laserspektroskopischen Messungen überein. „Die Aussage, dass dies bereits die vollständige Lösung des Hyperfein-Rätsels ist, wäre zu diesem Zeitpunkt noch verfrüht. Dennoch handelt es sich sicherlich um einen beträchtlichen Teil der Lösung“, erläutert Professor Wilfried Nörtershäuser vom Institut für Kernphysik der TU Darmstadt. „Um vollständige Klarheit über das Wechselspiel von Atomkern und Hülle zu erlangen und somit den grundlegenden Vorhersagen der Quantennatur in starken Feldern näher zu kommen, sind noch weitere Experimente notwendig.“ Die Physiker der TU möchten nun magnetische Momente an Atomkernen mit nur einem einzelnen gebundenen Elektron oder an nackten Atomkernen ohne Elektronenhülle untersuchen, um die komplexen Einflüsse der Hülle auf die Messungen zu unterbinden. Solche Experimente seien am Darmstädter GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung für die kommenden Jahre mit der Unterstützung von mehreren Arbeitsgruppen der TU Darmstadt geplant, so Nörtershäuser.
Auf dem Campus von GSI und FAIR steht mit dem PHELIX-Höchstleistungs-Laser (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments) einer der stärksten Laser Deutschlands. Durch Fokussierung der gesamten Lichtenergie auf Haaresbreite können Plasmaphysiker Materiezustände bei Bedingungen untersuchen, die mit denen im Inneren von Sternen und Riesenplaneten vergleichbar sind. Es werden aber auch mögliche Anwendungen, z. B. die Laser-Teilchenbeschleunigung getestet. Hierbei schießen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf eine Zielscheibe, das sogenannte Target, und untersuchen, wie der ultrastarke Lichtpuls auf das Material wirkt. Nun wurde erstmals statt eines Targets mit glatter Oberfläche ein Target mit einer Nanodraht-Oberfläche getestet. „Hierbei stehen lange, extrem dünne Nanodrähte nah nebeneinander, ähnlich wie ein dichter Wald aus hohen Baumstämmen, der von oben mit dem Laser beschossen wird“, erklärt Paul Neumayer, Plasmaphysiker bei GSI und Leiter des Experiments. Nanotargets sind extrem fragile Strukturen. Bis vor kurzem hätte der Laserpuls sie zerstört, bevor er sie richtig erreicht hätte. Nun konnte aber der zeitliche Kontrast des PHELIX-Lasers in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Institut Jena erheblich verbessert werden. Das heißt, dass der Lichtpuls nun zeitlich extrem „sauber“ abgegrenzt ist. So werden die Drähte sofort mit voller Energiedichte getroffen und den Target-Atomen auf einen Schlag die Elektronen entrissen. Dadurch wird ein elektrostatisches Feld erzeugt, das wiederum leichte Teilchen beschleunigen kann.
„Mit dem neuen Target konnten wir 30 Mal mehr Teilchen beschleunigen als bei gleichen Bedingungen mit den normalerweise verwendeten glatten Folientargets“, sagt Neumayer. „Und die Energie der beschleunigten Teilchen konnten wir um das 2- bis 2,5-Fache steigern.“ Für diese Verbesserung gibt es zwei Erklärungen. Erstens hat ein Nanotarget eine wesentlich höhere Oberfläche, wodurch die Wechselwirkung des Lasers mit dem Material verstärkt wird. Zweitens kann der Laserpuls in den Zwischenräumen zwischen den Drähten bis tief in die Struktur eindringen. So kann die Laserenergie bei deutlich höheren Dichten deponiert werden, als sie dem Laserlicht sonst zugänglich wären.
Neben der effizienteren Laser-Beschleunigung haben die neuen Targets noch einen weiteren Vorteil. Die Röntgen-Emission des heißen Plasmas ist um ein Vielfaches erhöht. „Dies ist nicht nur für die Vermessung von exotischen Plasmen von großem Vorteil, sondern bietet auch bei der Entwicklung intensivster Kurzpuls-Röntgenquellen für zukünftige FAIR-Experimente interessante Perspektiven“, erklärt Neumayer.
Die innovativen Nanotargets entwickelte Dimitri Khaghani in seiner Doktorarbeit. Der Laser- und Plasma-Physiker, der an der Goethe-Universität in Frankfurt promoviert hat, arbeitete dafür eng mit der GSI-Materialforschung zusammen, die bereits seit vielen Jahren Nanodrähte herstellt und erforscht. Nanodrähte wachsen in feinsten Kanälen in Kunststoff-Folien. Zur Erzeugung der Kanäle werden die Folien zunächst mit Schwerionen aus dem Linearbeschleuniger bestrahlt. Die entlang der Ionenbahn erzeugten Schadenszonen werden durch chemische Ätzung in offene Kanäle verwandelt, die anschließend elektrochemisch gefüllt werden. „Mit diesem Verfahren konnten wir Nanodrähte aus verschiedenen Materialien sowie unterschiedlichen Längen und Durchmessern testen, um herauszufinden, wann die Laser-Beschleunigung am effizientesten ist“, beschreibt Khaghani, der für seine Untersuchungen mit Nanotargets mit dem „Giersch-Excellence-Grant“ und dem „Giersch Award for Outstanding Doctoral Thesis“ ausgezeichnet wurde. „Der Synergie-Effekt durch die enge Kooperation zwischen Plasmaphysik und Materialforschung auf dem Campus war sicher mitentscheidend für den Erfolg der Experimente und bringt uns einen großen Schritt weiter“, erklärt Khaghani, der mittlerweile Postdoc am Helmholtz-Institut Jena ist.
Originalveröffentlichung: Nature Scientific Reports, „Enhancing laser-driven proton acceleration by using micro-pillar arrays at high drive energy“
]]>Die Jugendlichen waren aufgerufen, Daten des ALICE-Experiments auszuwerten und zu interpretieren. Unter fachgerechter Anleitung von Wissenschaftlern analysierten sie eigenhändig aktuelle Daten, die in Proton-Proton-Kollisionen und in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. Bei den Blei-Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, der im Universum kurz nach dem Urknall vorhanden war. 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.
Zwei Einführungsvorträge über das Quark-Gluon-Plasma und die Untersuchung von Schwerionenkollisionen am ALICE-Experiment stimmten die Schüler auf die Auswertung ein. Sie besuchten außerdem das Großexperiment HADES, eines der laufenden Experimente an der GSI-Beschleunigeranlage, das auch ein Teil des zukünftigen FAIR-Beschleunigers werden wird. Danach starteten sie mit der Datenanalyse.
Grundidee des Programms ist, dass die Schüler weitgehend selbst wie Forscher arbeiten. Dazu gehört auch eine Videokonferenz zum Abschluss des Tages. In einer Konferenzschaltung mit Schülergruppen aus Frankfurt, Münster und Padua (Italien) sowie dem CERN präsentierten und diskutierten die Jugendlichen ihre Messergebnisse.
Dieses Jahr nehmen 215 Universitäten und Forschungsinstitute in 52 Ländern an den International Masterclasses teil. Veranstalter ist die International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Alle Veranstaltungen in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt, dem bundesweiten Netzwerk zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte, statt. Ziel ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Seit Kurzem ist auch GSI als Standort im Netzwerk Teilchenwelt vertreten.
ALICE ist eines der vier großen internationalen Experimente, die am Large Hadron Collider (LHC) aufgebaut sind. Es ist das Experiment am LHC, das speziell auf die Untersuchung von Stößen zwischen schweren Atomkernen bei sehr hohen Energien ausgelegt ist. Wissenschaftler des GSI und deutscher Universitäten waren von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments.
Dieses Hochtechnologiefeld nennt man auch „Big Science“. Zum ersten Mal haben sich nun 18 der weltweit größten Forschungsanlagen getroffen, um das Big Science Business Forum (BSBF) zu gestalten und ihre Angebote an die europäische Industrie zu präsentieren. Das BSBF war der One-Stop-Shop für Firmen aus ganz Europa, an dem Big-Science-Einrichtungen ihnen an einem Ort über mehrere Tage hinweg Einsicht in zukünftige Investitionen und Einkäufe geben konnten.
Das BSBF 2018 war die erste Konferenz ihrer Art, zu der FAIR wichtige Beiträge leisten und so den Platz in der Liga der Großforschungseinrichtungen der Welt konsolidieren konnte.
Die Konferenz fand vom 26.-28. Februar in Kopenhagen statt und wurde vom dänischen Wissenschaftsministerium sowie von BigScience.dk ausgerichtet. Insgesamt nahmen rund 1000 Teilnehmer aus mehr als 500 Firmen und Organisationen und rund 30 Ländern teil. FAIR wurde durch das In-Kind- und Procurement-Team (David Urner und Sonja Utermann) und die FAIR-Rechtsabteilung (Felix Arndt) repräsentiert. Unter den anderen Teilnehmern waren beispielsweise CERN, ESA, European XFEL und DESY.
David Urner präsentierte FAIR einem Publikum von potentiellen Zulieferern und In-Kind-Erwerbsexperten aus anderen Big-Science-Einrichtungen. Seine Präsentation markierte den Start des neuen FAIR-In-Kind-Einkaufsportals, das potentiellen Bietern Zugriff auf die Ausschreibungen von FAIR ermöglicht. Mehrere neue „Industrial FAIR Liaison Officers“ (ILOs) wurden nominiert, um die bestmögliche und einfachste Kommunikation zwischen FAIR und den Industriepartnern anzubieten – ein Weg, der sich auch bei CERN, ESS und ESA bereits als Erfolgskurs bewiesen hat.
Die FAIR-Delegation hat sich mit möglichen neuen Zulieferern für Cryo-Systeme, Vakuumkammern und Magnete getroffen. In Einzelgesprächen mit Delegierten von ITER, ESS, European XFEL und CERN konnten sie Tipps, Textbausteine und Erfahrungen aus dem In-Kind-Erwerb austauschen, um voneinander zu lernen und die Arbeit bei FAIR zu verbessern. Sie erfuhren von potentiellen Zulieferern wie sie das FAIR-Angebot noch attraktiver machen und die Dienstleistung verbessern können – nicht nur durch Erweiterung des Einkaufsportals und die Stärkung des ILO-Netzwerks, sondern auch durch beispielsweise das Unterstützen von Zusammenschlüssen zwischen kleinen und mittelgroßen Firmen. Die FAIR-Delegation freut sich darauf, das neue erworbene Wissen in die Praxis umzusetzen.
Im Rahmen der Kollaboration ist eine Testanlage mit drei Magnettestständen errichtet worden. Im Laufe der ersten Jahreshälfte 2018 sollen die ersten Tests starten. Zunächst werden dort sogenannte Multipletts, supraleitende Magneteinheiten mit Korrekturlinsen, intensiven Leistungstests unterzogen und nach hohen Qualitätsstandards auf ihr einwandfreies Verhalten im Betrieb untersucht. Supraleitung bedeutet, dass der Strom, anders als in den üblichen Kupferkabeln, ohne jeglichen elektrischen Widerstand fließt. Um Supraleitung herzustellen, werden die Einheiten im Betrieb auf rund -270 Grad Celsius abgekühlt.
Die jeweils bis zu 60 Tonnen schweren Multipletts dienen später im Super-FRS von FAIR der Strahlkorrektur, um einen hochpräzisen Teilchenstrahl zu erreichen. In diesem Teil des künftigen Beschleunigerzentrums FAIR geht es um Experimente zur Kernstruktur extrem seltener exotischer Kerne. Dafür werden Ionen der schwersten Elemente zunächst auf ein Hindernis geschossen und durch den Aufprall zertrümmert. Unter den so entstandenen Fragmenten sind auch exotische Kerne, die am Super-FRS den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern für ihre Experimente zur Verfügung gestellt werden können. Mit Hilfe des Super-FRS können exotische Kerne bis hin zu Uran bei relativistischen Energien produziert und isotopenrein separiert werden. Da dieser Vorgang nur wenige Hundert Nanosekunden dauert, ermöglicht er den Zugang zu sehr kurzlebigen Kernen.
Die Multipletts, die im italienischen Genua hergestellt wurden, sind ebenso wie das anschließende Testverfahren ein wichtiger Sachbeitrag (Inkind) von GSI zum FAIR-Projekt. GSI ist der deutsche Gesellschafter in der internationalen FAIR GmbH. Alle supraleitenden Magnete, die für den Super-FRS benötigt werden, sollen in der neuen Testanlage am CERN geprüft werden, zunächst die insgesamt 33 Multiplett-Einheiten, danach noch 24 supraleitende Dipolmagneten, die für die Umlenkung des Teilchenstrahls benötigt werden. (BP)
]]>In der Umspannanlage FAIR Nord wurden zwei Transformatoren zu GSI durchgeschaltet, die Teile von GSI ab jetzt mit Strom versorgen. Zuvor war GSI ausschließlich über die Umspannanlage an der Leonhardstanne versorgt worden. Die neuen Transformatoren werden in Zukunft eine leistungsgesteigerte Pulslastversorgung ermöglichen, die zukünftig für den Betrieb der Teilchenbeschleuniger SIS18 und SIS100 benötigt wird.
Die Transformatoren waren im Herbst 2017 auf dem FAIR-Baufeld angeliefert, abschließend installiert und planmäßig in Betrieb genommen worden. Die zweite Umspannanlage FAIR Süd soll voraussichtlich im 2. Quartal 2018 in Betrieb gehen. Die 110 kV-Hochspannung, die über erdverlegte Hochspannungskabel bei GSI und FAIR ankommt, wird von den neuen Transformatoren auf 20 kV umgewandelt, so dass der Strom bedarfsgerecht zu den Verbrauchern auf dem Campus geliefert wird.
Im Sommer 2018 ist die nächste Strahlzeit geplant, für die die neue Umspannanlage bereits benötigt wird. Für das geplante Experimentierprogramm, die sogenannte FAIR-Phase-0, können neben den GSI-Beschleunigern UNILAC, SIS18 und ESR sowie den bestehenden Experimenten auch schon FAIR-Komponenten genutzt werden, beispielsweise der Speicherring CRYRING. Die für diese Strahlzeit geplanten Experimente werden von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der ganzen Welt durchgeführt.
]]>Dr. Yusuke Tsunoda erhält den FAIR-GENCO-Preis für die Erfindung der sogenannten T-Plot-Methode. Diese anschauliche Darstellung ist ein wichtiger Schlüssel zum Verständnis von komplexen Vielkörper-Quantensystemen wie Atomkernen: Damit können die in der Theorie durch Vektoren dargestellten Zustände von exotischen Kernen anschaulich dargestellt und quasi "greifbar" gemacht werden; verschiedenen Zuständen von exotischen Atomkernen können bestimmte geometrische Formen zugeordnet werden. Die Methode hilft dabei, experimentelle Ergebnisse zu interpretieren und zu verstehen, und etabliert sich gerade als Standardmethode für Untersuchungen der Struktur exotischer Nuklide. Die T-Plot-Methode erregt weltweit große Aufmerksamkeit in der Wissenschaftsgemeinde.
Die fünf Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die den GENCO Membership Award erhielten, sind:
Zwar ist bekannt, dass reines Wasser in flüssigem Zustand auch weit unter 0 Grad Celsius vorhanden sein kann, ohne zu gefrieren. Dies hängt von der Probengröße ab. Die schnelle Verdunstungskühlung kleinster Wassertröpfchen im Vakuum bietet eine gute Möglichkeit, um unterkühltes Wasser – unterhalb des Gefrierpunkts, aber dennoch flüssig – zu untersuchen. Jedoch ist es schwierig, unter solchen extremen experimentellen Bedingungen einen verlässlichen Wert der Tropfentemperatur zu erhalten. Dieser aber spielt für weitere Untersuchungen eine entscheidende Rolle. Die zuverlässige und exakte Messung der Temperatur des unterkühlten Wassers ist somit eine Herausforderung.
Bei ihren Arbeiten konnten die Forscherinnen und Forscher eine neue Technik mit nie dagewesener Präzision zur Messung der Temperatur kleinster Wassertropfen demonstrieren. Dahinter stand der Ansatz, die Temperatur der Tropfen über ihren Durchmesser zu bestimmen. Dazu werden warme Wassertropfen, nur wenige Tausendstel Millimeter groß, gleichmäßig und ultrarein, in Form eines gerichteten Flüssigkeitsstrahls in eine Vakuumkammer gesprüht. Die oberen Schichten verdunsten, das Innere kühlt stark ab, die Tröpfchen werden kleiner. Mit optischen Methoden kann diese Größenveränderungen exakt gemessen und anhand der Schrumpfung die Temperatur bestimmen werden. Zentral bei dieser hochpräzisen Messung ist die einzigartige Messinfrastruktur, die bei GSI für die Raman-Spektroskopie verfügbar ist: Die Tröpfchen werden mit einem Laserstrahl beleuchtet, das Spektrum des gestreuten Lichts und seine Form lassen zu, den Tröpfchendurchmesser zu ermitteln.
Das Forscherteam kann dabei auf die jahrelange Expertise bei GSI und des derzeit entstehenden internationalen Beschleunigerzentrums FAIR vor allem bei der Target-Entwicklung für Atom- und Kernphysikexperimente aufbauen. Die Teilchenstrahlen werden in der Beschleunigeranlage zu den Experimentierplätzen gelenkt, wo sie wie auf eine Zielscheibe auf die Materialproben, die Targets, treffen. Auch Targets, bestehend aus kleinsten Flüssigkeitsstrahlen, müssen für solche Untersuchungen in der Targethalle und in den Experimentierspeicherringen von GSI und FAIR maßgeschneidert entwickelt werden. Mit FAIR entsteht ein weltweit einzigartiges Beschleunigerzentrum mit großem Erkenntnispotenzial. Die aktuellen Forschungen zum unterkühlten Wasser, die im Rahmen der Target-Entwicklung für FAIR stehen, sind somit zugleich auch ein Beispiel für die Innovationskraft, die in FAIR steckt.
Tropfen von unterkühltem Wasser kommen aber auch natürlich in der oberen Erdatmosphäre vor – in ähnlichen Bedingungen, wie sie jetzt experimentell von dem Forscherteam geschaffen worden sind. Die Arbeit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Robert Grisenti kann deshalb auch das Verständnis der Eisbildung in der Atmosphäre verbessern und damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Entwicklung zuverlässigerer Klimamodelle sein. (BP)
Veröffentlichung in Physical Review Letters 120
ESA-Generaldirektor Professor Johann-Dietrich Wörner und die FAIR-Geschäftsführung, bestehend aus dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino, der Administrativen Geschäftsführerin Ursula Weyrich sowie dem Technischen Geschäftsführer Jörg Blaurock, besiegelten mit der Vereinbarung eine internationale Kooperation, die weitreichende Perspektiven für neue wissenschaftliche Erkenntnisse bietet. Strahlung ist ein limitierender Faktor beispielsweise für astronautische Missionen zum Mond und zum Mars, wie auch für wissenschaftliche Missionen in die Tiefen des Weltraums. Ebenfalls anwesend war ESA-Astronaut Thomas Reiter, einer der Initiatoren der Kooperation.
Einmalige Forschungsmöglichkeiten
„Die Kooperation von FAIR und ESA eröffnet einmalige Möglichkeiten für exzellente Forschung im Bereich der kosmischen Strahlung und ihrer Auswirkungen“, sagte Professor Paolo Giubellino. „FAIR wird eine weltweit einzigartige Einrichtung sein. Mit ihr können Forscherinnen und Forscher die Vielfalt des Universums gleichsam ins Labor holen, um fundamentale Fragen wie die Entstehung der chemischen Elemente im Kosmos zu untersuchen, aber auch, um Erkenntnisse über die Wirkung von Strahlen in Zellen und Festkörpern zu gewinnen und Anwendungen zum Beispiel in der Biophysik und der Materialforschung voranzutreiben. Wir freuen uns sehr auf die vertiefte Zusammenarbeit mit der ESA.“
Professor Johann-Dietrich Wörner unterstrich ebenfalls die Bedeutung der neuen Kooperation zwischen den beiden internationalen Einrichtungen: „GSI ist die einzige Einrichtung in Europa, die in der Lage ist, hochenergetische schwere Kerne zu simulieren, die in der kosmischen Strahlung vorkommen. Mit FAIR werden bald Experimente mit einem noch größeren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten möglich sein. Diese Reproduktion der kosmischen Strahlenumgebung kann uns in vielen Bereichen unterstützen, von der Materialforschung für Satellitenmissionen bis zur Radiobiologie, die sich mit den Auswirkungen der kosmischen Strahlung auf den menschlichen Organismus befasst und eine wichtige Vorbereitung für langfristig geplante astronautische Missionen zum Mond und darüber hinaus ist.“
Außerhalb der schützenden Erdatmosphäre und des Erdmagnetfelds sind Astronauten, Satelliten und Raumsonden kosmischer Strahlung ausgesetzt. Eine wesentliche Komponente der kosmischen Strahlung sind schnelle Teilchen, die bei Sternexplosionen ins All geschleudert oder von der Sonne und von fernen Galaxien ausgesendet werden. Wie wirkt sich die Strahlung bei einem langen Raumflug, etwa zum Mars, auf Menschen und Raumfahrzeuge aus? Was passiert mit der sensiblen Elektronik an Bord? Welche Materialien eignen sich in welcher Stärke als Schutzschild zur Abschirmung? Lassen sich gezielt strahlenresistente Materialien und elektronische Bauteile entwickeln? Das sind einige grundlegende Fragen, die entscheidend für die Umsetzung solcher Raumfahrtmissionen sind, damit Menschen und Materialien im Weltall die bestmöglichen Bedingungen erhalten und Gesundheitsrisiken minimiert werden.
Am Beschleunigerzentrum FAIR kann künftig Teilchenstrahlung, wie sie im Weltall herrscht, erzeugt und den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern für ihre Experimente zur Verfügung gestellt werden. Sie können beispielsweise untersuchen, wie sich Zellen und menschliches Erbgut unter kosmischer Strahlung verändern oder geschädigt werden und wie gut Mikrochips die extremen Bedingungen im Weltall aushalten.
Zu den zentralen Punkten, die in der Kooperationsvereinbarung zwischen ESA und FAIR festgehalten sind, gehören die Forschungsfelder Strahlenbiologie, elektronische Komponenten, Materialforschung, Abschirmmaterialien und Kalibrierung von Instrumenten. Dazu werden die künftige FAIR-Anlage sowie die bestehenden GSI-Beschleunigereinrichtungen genutzt, die aktuell mit wichtigen Upgrade-Maßnahmen verbessert und für ihren späteren Einsatz als Vorbeschleuniger für FAIR vorbereitet worden sind. Außerdem haben die beiden Partner Zusammenarbeit bei Technologie- und Software-Entwicklungen vereinbart sowie weitere gemeinsame Aktivitäten etwa im Innovationsmanagement.
Teilchenbeschleuniger ermöglicht große Vielfalt an Strahlenuntersuchungen
Die neue Kooperation baut dabei auf einer seit Jahren sehr erfolgreichen und verlässlichen Basis der Zusammenarbeit zwischen ESA und GSI in mehreren Forschungsprojekten auf. So läuft beispielsweise seit 2008 das Forschungsprojekt IBER (Investigations into Biological Effects of Radiation), das aktuell mit der Vergabe von Strahlzeit in eine neue Runde geht. Das Projekt ermöglicht Forschergruppen, an den bestehenden GSI-Beschleunigeranlagen biologische Effekte von Weltraumstrahlung zu untersuchen.
Bereits die 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 mit seinem Herzstück, dem 1100 Meter umfassenden Beschleunigerring SIS100, Experimente mit einem noch größeren Spektrum an Teilchenenergien und -intensitäten erlauben und die Zusammensetzung der kosmischen Strahlung so genau simulieren können wie keine andere Beschleunigeranlage.
Hinter den grundlegenden Forschungsfragen stehen komplexe Beziehungen, Strahlung ist nicht gleich Strahlung. Je nachdem, welche Teilchen mit welchen Energien wie lange auf Raumfahrzeug und Insassen wirken, können ganz unterschiedliche Effekte auftreten. Außerdem gibt es die sekundäre, durch Wechselwirkungen mit Materie – etwa beim Auftreffen auf einen Schutzschild – veränderte kosmische Strahlung, die ganz andere Auswirkungen haben und biologisches Gewebe oder empfindliche Elektronik sogar mehr schädigen kann als die ursprüngliche kosmische Strahlung.
Optimierte Instrumente, Vorteile für Missionsplanung
Ziel der neuen Kooperation ist es, solche komplexen Zusammenhänge zu konkretisieren und noch fundierter zu erforschen. Die neuen Erkenntnisse können beispielsweise helfen, empfindliche Instrumente speziell für den Gebrauch im Weltraum anzupassen. Auch für das ESA-Satellitenkontrollzentrum ESOC in Darmstadt sind solche Forschungen interessant. Dort werden Satellitenmissionen gesteuert und deren Flugbahnen berechnet. Für die Missionsplanung sind detaillierte Erkenntnisse über Strahlenquellen und -wirkungen hilfreich, um Flugvarianten zu wählen, bei denen die Gesamtbelastung mit Strahlung möglichst gering ist. Sowohl FAIR als auch ESOC freuen sich sehr auf die Möglichkeiten einer erweiterten Zusammenarbeit zwischen diesen beiden Darmstädter Institutionen, die dazu beitragen, die Stadt als international etablierte Wissenschaftsstadt weiter zu stärken.
Nutzen für das Leben auf der Erde
Die Ergebnisse, die durch die neue 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 führen zur Verbesserung von Strahlentherapien für die Krebsbehandlung. (BP/IP)
Paolo Giubellino führte sehr produktive Gespräche unter anderem mit Minister Ramin Guluzade vom Ministerium für Transport, Kommunikation und Hochtechnologie (MTCHT) der Republik Aserbaidschan und Professor Abel Maharramov, Rektor der Staatliche Universität Baku (BSU), einer der größten Hochschulen des Landes. Außerdem informierte er sich bei seinem Besuch über aktuelle Forschungen und Infrastrukturen in Aserbaidschan.
Das „Memorandum of Understanding“ sieht eine wissenschaftliche und technologische Zusammenarbeit sowie gemeinsame Projekte von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von BSU, MTCHT und FAIR vor. Festgehalten wurden unter anderem Möglichkeiten zur Zusammenarbeit und zum Wissensaustausch, etwa Seminare, Symposien und Wissenschaftstreffen, aber auch die Förderung der Kooperation durch gemeinsame Forschungsprojekte und Austauschaktivitäten von Professoren und Wissenschaftlern, vor allem Nachwuchsforschern und Studenten. Die Aktivitäten werden von Professor Paolo Giubellino und Dr. Anar Rustamov, stellvertretender Direktor am Institut für physikalische Fragestellungen an der BSU, koordiniert.
„FAIR wird ein weltweit führendes Beschleunigerzentrum und ein Innovationstreiber auf vielen Gebieten werden“, sagte Paolo Giubellino. „Neben der wissenschaftlichen Exzellenz ist es auch eine wichtige Aufgabe, Beziehungen mit den Wissenschaftscommunities in Ländern auf der ganzen Welt zu fördern. Wir freuen uns auf die künftige Zusammenarbeit mit den aserbaidschanischen Forscherinnen und Forschern.“
Universitätsrektor Abel Maharramov unterstrich ebenfalls die Bedeutung einer Zusammenarbeit bei Wissenschaft und Technologie, durch die die Verbindungen zwischen den wissenschaftlichen Communities beider Länder gestärkt werden. Minister Ramin Guluzade kündigte zudem an, man werde eine Roadmap für einen möglichen Beitritt Aserbaidschans zur internationalen FAIR GmbH entwickeln. (BP)
]]>„Wir sind stolz darauf, diesen begehrten Preis gewonnen zu haben, und darauf, dass uns einige der bekanntesten Forschungs- und Entwicklungslabore der Welt als Partner ausgewählt haben”, freut sich Robert Riedel, Geschäftsführer und Mitgründer von Class 5 Photonics. „Es ist unser Ziel, mit unseren Produkten der Spitzenforschung die Möglichkeit zu geben, neue Erkenntnisse über Prozesse, Bausteine oder Abhängigkeiten in der Physik, Chemie und Biologie zu erlangen.“
Die PRISM AWARDS sind die weltweit wichtigste Preisverleihung der Laserbranche. Sie werden jedes Jahr auf der Konferenz Photonics West in San Francisco vergeben. In diesem Jahr gab es mehr als 150 Bewerber in insgesamt zehn Kategorien der begehrten Auszeichnung. Mit seinem Laser „SuperNova OPCPA“ konnte sich Class 5 Photonics durchsetzen.
Das Spin-off war 2014 gegründet worden. Die Forscher vom Helmholtz-Institut Jena und vom DESY entwickeln flexible Hochleistungslaser, die Pulse im Femtosekundenbereich erzeugen. Eine Femtosekunde entspricht einer billiardstel Sekunde. Derart kurze Laserpulse sind von großer Bedeutung für die Wissenschaft, eröffnen aber auch neue innovative Anwendungen, etwa zur 3D-Nanostrukturierung.
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Im Anschluss erläuterte ihm der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, auf einer Rundfahrt über die FAIR-Baustelle den aktuellen Baufortschritt des SIS100-Beschleunigertunnels und der weiteren Baumaßnahmen. In einem Rundgang durch die existierende Beschleunigeranlage besuchte Yves Bréchet des Weiteren die Materialforschung, den Experimentierplatz zur Erzeugung superschwerer Elemente SHIP, den PHELIX-Laser, den Therapieplatz zur Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen, den FAIR-Speicherring CRYRING und das Großexperiment R3B, welches einen französischen Beitrag zu FAIR, den sogenannten GLAD-Magnet, beherbergt.
Yves Bréchet ist der wissenschaftliche Regierungsberater für die Aufgaben des französischen Kommissariats für Atomenergie und alternative Energien (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, CEA). Die staatliche Einrichtung untersteht den französischen Ministerien für Forschung, Energie, Verteidigung sowie Industrie. Gemeinsam mit dem Nationalen Zentrum für wissenschaftliche Forschung (Centre national de la recherche scientifique, CNRS) hält CEA die Hälfte der französischen Geschäftsanteile an FAIR.
]]>Download von "target" – Ausgabe 16, Januar 2018 (PDF, 6,5 MB)
Deep Learning ist eine Methode des Maschinenlernens bei der Computermodelle eigenständig mit Beispielen lernen. Wie Wissenschaftler von GSI, der Goethe-Universität und des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) in der aktuellen Ausgabe von „Nature Communications“ zeigen, lässt sie sich verwenden, um Daten aus Schwerionenkollisionen, wie sie auch an den GSI-Beschleunigeranlagen und zukünftig an FAIR stattfinden, zu klassifizieren. Ihr Ziel ist es, die Veränderungen in der Teilchenmaterie direkt aus den experimentellen Daten zu bestimmen und damit künftig mehr über die Zustände im frühen Universum und in Neutronensternkollisionen zu erfahren.
„Im Frühjahr 2016 gewann Googles AlphaGo Computer mittels künstlicher Intelligenz gegen einen Profi-Spieler des Strategiespiels Go. Das hat uns so sehr begeistert, dass wir herausfinden wollten, ob auch wir einen Computer so trainieren könnten, dass er uns die Zustandsgleichungen von Teilchenkollisionen in einem Schwerionenphysik-Experiment besser vorhersagen kann“, erklärt Dr. Long-Gang Pang, Erstautor der Studie und ehemals Postdoktorand des FIAS. Seit einigen Monaten arbeitet er an der University of California in Berkeley, USA.
Gegenstand seiner Forschung zusammen mit Dr. Kai Zhou und Dr. Nan Su aus den Arbeitsgruppen von Professor Hannah Petersen und Professor Horst Stöcker, dem ehemaligen Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI, und Professor Wang Xin-Nian (Berkeley, USA) ist die Untersuchung und Vorhersage von Experimenten, bei denen Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit zusammenprallen. Zu den größten noch offenen Fragen gehört, ob dabei ein spezieller Materiezustand, das Quark-Gluon-Plasma, erzeugt wird, und wie der Übergang zu normaler Materie aussieht. Bisher können einige wichtige Informationen, wie der Druck oder der Übergang zwischen den Zuständen, nicht direkt aus den experimentellen Daten abgelesen werden. Hierfür braucht man komplexe Computermodelle und riesige Rechnerleistungen. Gerade hier kann Deep Learning Prozesse effizienter gestalten und die Datenanalyse deutlich verbessern.
Der Begriff des „Deep Learning“ kam im Laufe der letzten Jahre immer wieder im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz, „Big Data“ oder modernen Analysealgorithmen auf. Inzwischen steckt Deep Learning hinter den meisten Spracherkennungssystemen in Smartphones oder intelligenten Haushaltshelfern, aber auch in der Technologie des autonomen Fahrens. Man versteht darunter eine Methode des Maschinenlernens, bei der Computermodelle eigenständig lernen, Klassifizierungen vorzunehmen. Dazu nehmen sie große Mengen an bekannten Bildern, Text, oder Geräuschen in eine Datenbank auf und vergleichen sie dann mit unbekannten Daten. Die Systeme können sogar aus ihren Fehlern lernen und einige Probleme inzwischen effizienter lösen als Menschen, z.B. das Bestimmen von Objekten auf Bildern.
Am interdisziplinären FIAS arbeiten Neurowissenschaftler schon lange daran, die Prozesse die in unserem Gehirn stattfinden, zu abstrahieren, um daraus künstliche neuronale Netze zu entwickeln. Dazu gehören auch Convolutional Neural Networks (neuronale Faltungsnetzwerke, kurz CNN), welche die Basis für Deep Learning darstellen. Durch die Arbeit der Kollegen am eigenen Institut inspiriert, haben Long-Gang Pang, Kai Zhou und Nan Su ein CNN mit über 20.000 Bildern von simulierten Schwerionenkollisionen trainiert und erfolgreich gezeigt, dass es in Zukunft möglich sein wird, diese Methode zu verwenden, um die Phasenstruktur und andere Ergebnisse direkt aus den experimentellen Daten abzulesen.
Damit die Wissenschaftler ihre Methode auch direkt bei experimentellen Daten anwenden können, liegt noch etwas Arbeit vor ihnen. Hierzu müssen sie u.a. noch die Feinheiten der Detektoren in ihr Modell mit aufnehmen.
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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Am Dienstag, 5. Dezember, läuft ab 15 Uhr die von der Stadt Darmstadt für die Bürger organisierte Veranstaltung „Wissenswerte Digitalstadt“, danach sind die Ausstellung „Wissenscampus“ und der dort eingebundene GSI- und FAIR-Stand bis 18.30 Uhr für jeden zugänglich. GSI und FAIR stellen unter anderem die Forschungsmöglichkeiten am derzeit bei GSI entstehenden Beschleunigerzentrum FAIR und das Bauprojekt selbst vor. Auch die bekanntesten Resultate der Wissenschaft bei GSI, zu denen die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionen und die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen des Periodensystems gehören, sind ein Schwerpunkt des Messeauftritts. Die Bürger haben bei ihrem Standbesuch unter anderem die Möglichkeit, an einem großformatigen Modell selbst die Erzeugung eines Elements zu simulieren und so die Geburtsstunde des bei GSI entdeckten Elements „Darmstadtium“ – namensgebend für den Veranstaltungsort der „Wissenswerte“ – nachzuvollziehen.
Auch im Kongressprogramm der „Wissenswerte“, bei dem das bundesweite Fachpublikum neueste Einblicke in die Forschungspraxis erhält, werden GSI und FAIR sehr präsent sein: Forschungsdirektor Professor Karlheinz Langanke wird in einem moderierten Gespräch mit Physiker Dr. Ingo Peter über das Thema „Das Universum im Labor – Mit Beschleunigern zur kosmischen Materie“ berichten. Außerdem gibt die junge Spitzenforscherin Professorin Tetyana Galatyuk beim „Forum Junger Forscher“ Einblicke in ihre wissenschaftliche Arbeit am Großdetektor HADES bei GSI.
Am dritten Veranstaltungstag schließlich sind GSI und FAIR Gastgeber einer Exkursion für die „Wissenswerte“-Fachbesucher. Die Exkursionsteilnehmer erwartet ein Rundgang über den Forschungscampus und eine Bustour hinaus auf das 20-Hektar-Baufeld für die neue Beschleunigeranlage FAIR. Das Bauprojekt ist eines der größten Bauvorhaben für die Grundlagenforschung weltweit und derzeit eine der spannendsten Baustellen der Region. Rund 3000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt werden zukünftig an FAIR in herausragenden Experimenten grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.
Die Veranstaltungsreihe „Saturday Morning Physics“ ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an sechs aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schülerinnen und Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Wer an allen sechs Veranstaltungen teilnimmt, erhält das „Saturday Morning Physics“-Diplom. Der Besuch bei FAIR und GSI findet als Exkursion innerhalb der Reihe statt. GSI zählt bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes.
Die Projektförderung kommt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung. Das neue Vorhaben heißt GREWIS alpha und ist der Nachfolger des Projekts „Genetische Risiken und entzündungshemmende Wirkung ionisierender Strahlung“ (GREWIS). Das „alpha“ steht für die dichtionisierenden Alphateilchen, die beim Zerfall vom Radon und dessen Tochterkernen emittiert werden. Der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR, Professor Paolo Giubellino, äußerte sich sehr erfreut über die Forschungsförderung: „Die Entscheidung zeigt, dass der reiche Erfahrungsschatz bezüglich der biophysikalischen und biologischen Strahlenforschung hier bei GSI ein sehr zukunftsträchtiges Potenzial ist. Wir werden auch weiterhin derartige Forschung von höchster Qualität betreiben, um grundlegende Erkenntnisse zu gewinnen, aber auch um optimale Behandlungsmöglichkeiten und gezielte Prävention zu ermöglichen. Die Biophysik ist auch ein wichtiger Teil unserer strategischen Langzeitpläne für das künftige Beschleunigerzentrum FAIR.“
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 Abteilung Biophysik bei GSI. Insgesamt arbeiten sieben Arbeitsgruppen aus vier Institutionen an dem Forschungsprojekt. Projektträger ist das Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Vor kurzem markierte das Kick-off-Meeting auf dem GSI-Campus in Darmstadt den Start des neuen Projektes. Mehr als 30 Teilnehmerinnen und Teilnehmer von TU Darmstadt (Fachbereich Biologie), Goethe-Universität Frankfurt (Klinik für Strahlentherapie), Universitätsklinikum Erlangen und der GSI Biophysik sowie Vertreter des KIT waren dabei.
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 aus Erfahrung bekannt, und zwar sowohl bei Erkrankungen des Bewegungsapparates wie beispielsweise Rheuma und Arthrose als auch bei Erkrankungen der Atemwege und der Haut, etwa Neurodermitis und Schuppenflechte. Doch obwohl mittlerweile davon ausgegangen wird, dass niedrige Strahlendosen chronische Entzündungen abschwächen können, sind die zellulären und molekularen Wirkmechanismen, die der beobachteten Schmerzmilderung insbesondere im Falle einer Radontherapie zugrunde liegen, immer noch weitgehend unbekannt. Deshalb ist es Ziel der GREWIS-Forscherinnen und -Forscher, die potentiell hilfreichen Aspekte, ebenso wie die Risiken niedrig dosierter Radon-Exposition noch genauer zu untersuchen und auf ein solides wissenschaftliches Fundament zu stellen.
„Wir haben eine inzwischen gute Basis, auf der wir aufbauen und unsere Fragestellungen verfeinern können“, sagt Projektleiterin Claudia Fournier mit Blick auf das neue Verbundprojekt. In der bisher sehr erfolgreichen GREWIS-Kooperation, die im Jahr 2012 startete, konnten bereits wesentliche Fragen zur physikalischen und biologischen Wirkung geklärt sowie zelluläre Veränderungen nachgewiesen werden. Experimente in der Radonkammer auf dem GSI-Campus – deren Aufbau war eines der Ziele des ersten Projektes – haben vor allem durch gezielte Gewebeuntersuchungen neue Erkenntnisse gebracht. Sie geben beispielsweise erstmals Hinweise auf das Ausmaß von DNA-Schäden in Organen wie Leber, Lunge, Niere oder Herz nach Radonexposition. Hier gibt es weiterhin viel Forschungsbedarf. Ziel ist es, mit solchen Erkenntnissen Strahlenrisiken und Langzeitwirkungen zuverlässiger einzuschätzen und die Dosierungen einer Radontherapie besser zu steuern. Das kann auch bei der Entscheidung helfen, ob ein Heilstollen oder ein Therapiebad besser für einen bestimmten Patienten geeignet ist – oder ob individuell eine ganz andere Therapie angewendet werden sollte.
Außerdem haben Untersuchungen aus dem GREWIS-Projekt Hinweise auf den konkreten Wirkmechanismus der Radontherapie ergeben. Es wurde vermutet, dass die Aktivierung des Immunsystems dabei eine zentrale Rolle spielt. Allerdings spricht das Immunsystem auf viele Reize an, auch auf Wärme, so dass Erkenntnisse notwendig sind, ob ein warmes Radonbad wegen der Wärme oder wegen des Radons positive Auswirkungen auf die Schmerzlinderung oder das Zurückgehen einer Gelenkentzündung hat. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen daher insbesondere auch die zugrundeliegenden Mechanismen der Radontherapie entschlüsseln. In einer neuen, in diesem Jahr veröffentlichten Studie konnte die klinisch beobachtbare schmerzlindernde Wirkung einer Radontherapie erstmals mit konkreten Veränderungen bestimmter Immunzelltypen in Zusammenhang gebracht werden. Die Studie zeigte zum ersten Mal eine Modulation der Immunzellen des peripheren Bluts (Blut, das in den Blutgefäßen zirkuliert) nach einer Standard-Radonbäder-Therapie. Diese Modulationen könnten mit der Dämpfung von Entzündungen einhergehen. „Bei der Radonbehandlung sehen wir eine Abnahme von inflammatorischen Faktoren im Serum von Patienten, die uns Hinweise auf eine Dämpfung einer bestehenden, entzündlichen Immunreaktion geben. Zudem zeigt sich im Serum von Patienten eine Abnahme von Markern, die den Abbau von Knochen anzeigen. Versuche in bestrahlten Zellen haben ergeben, dass die Anzahl und Aktivität knochenresorbierender Zellen zurückgeht. Beides deutet darauf hin, dass sich der Knochenabbau verlangsamt“, erläutert Professorin Claudia Fournier.
Ziel von GREWIS alpha ist es, solche Erkenntnisse zu konkretisieren und noch fundierter zu erforschen, beispielsweise einen Schritt weiter in der Ermittlung der Organdosen und auch des genetischen Langzeit-Risikos zu kommen und zu klären, ob es wirklich die Strahlung ist, die bei einer Radontherapie die beschriebenen Effekte hervorruft. Die Forscher wollen die molekularen Mechanismen, die aufgrund der bislang erzielten Ergebnisse auf einem Zusammenspiel von Immunsystem und Knochenstoffwechsel beruhen könnten, detaillierter als bisher zu untersuchen. Außerdem soll die Frage untersucht werden, ob sich Radon an den Schmerzrezeptoren im Körper anlagert und dadurch das Schmerzempfinden verändert.
Die Europäischen Strahlenforschungsgesellschaft ERRS (ehemals European Society of Radiation Biology) ist eine 1959 gegründete europäische Non-Profit-Organisation zur Förderung der Strahlenforschung. Sie dient dem wissenschaftlichen Austausch vor allem auf europäischer Ebene durch persönliche Kontakte und in jährlichen Konferenzen, die auch schon zu Zeiten des kalten Krieges eine transeuropäische Verbindung schufen. Die ERRS ist eine wichtige Plattform zur Diskussion neuer Erkenntnisse und Verfahren auf dem Gebiet der Strahlenforschung.
Das Verfahren für die von Gerhard Kraft initiierte Krebstherapie mit Ionenstrahlen war innerhalb von rund 20 Jahren bei GSI in Darmstadt von der physikalischen und biologischen Grundlagenforschung bis zur klinischen Anwendung entwickelt worden. Krebszellen werden dabei effektiv zerstört, während gesundes Gewebe geschont wird.
Bereits Anfang der 1980er Jahre baute Gerhard Kraft die biophysikalische Forschungsabteilung bei GSI auf, deren Leiter er von 1981 bis 2008 war. 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. Bei GSI wurden von 1997 bis 2008 mit großem Erfolg über 440 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Die im Pilotprojekt gewonnenen Erkenntnisse flossen direkt in die Konstruktion des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums HIT. Hier werden seit 2009 jährlich etwa 800 Patienten mit dem bei GSI entwickelten Verfahren behandelt. Auch in Marburg ist 2015 eine Ionenstrahltherapie-Anlage in Betrieb gegangen.
Gerhard Kraft war in vielen Initiativen an der Entwicklung und Verbreitung der Ionentherapie in Europa beteiligt und ist Gründungsmitglied der Ionentherapie-Initiative „European Network for Research in Light Ion Hadrontherapy“ (ENLIGHT) am CERN. Für sein Schaffen hat er zahlreiche Preise erhalten, darunter der Erwin-Schrödinger-Preis der Helmholtz-Gemeinschaft 1999 und das Bundesverdienstkreuz 1. Klasse 2008. Außerdem wurde ihm der Bacq- und Alexander-Preis verliehen, der von der ERRS jährlich an einen herausragenden europäischen Forscher vergeben wird, um Leistungen auf dem Gebiet der Strahlenforschung zu würdigen. Gerhard Kraft erhielt diese renommierte Auszeichnung bereits im Jahr 2006.
]]>Das Grußwort zum 20-jährigen Bestehen des Vereins zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen sprach Dr. Helmut Zeitträger, ehemaliger Kaufmännischer Geschäftsführer von GSI. Zuvor hatte Dr. Dieter Schardt, Vorstandsvorsitzender des Fördervereins, die Teilnehmer begrüßt. Den Festvortrag hielt der medizinische Leiter und Geschäftsführer der MedAustron GmbH, Professor Dr. Eugen B. Hug zum Thema „Partikeltherapie: von Nischenexistenz zur klinischen Routine?“
In seiner Masterarbeit an der Universität Heidelberg hat Lennart Volz sich mit der Anwendbarkeit von Ionenstrahlen für eine Bildgebung am Patienten beschäftigt. Dabei sollen Ionenstrahlen mit geringer Intensität, aber hoher Energie den Körper durchdringen, um das Abbremsverhalten verschiedener Gewebetypen an verschiedenen Stellen des Körpers einzelner Patienten zu ermitteln. Ist dieses individuelle Verhalten bekannt, kann die Genauigkeit der folgenden Ionenstrahltherapie verbessert werden. Volz entwickelte einen Formalismus zur Beschreibung der Flugbahn von Ionen in Materie und konnte im Experiment zeigen, dass sich Helium-Ionen für dieses Bildgebungsverfahren gut eignen würden.
In Dr. Johannes Petzoldts Dissertation an der TU Dresden geht es um die Messung des Ionenstrahls während der Behandlung. Dafür könnte ein neues Verfahren, das sogenannte "Prompt Gamma Timing", genutzt werden, bei dem Gammastrahlung aus Kernreaktionen der zur Behandlung verwendeten Ionen entlang ihres Weges zum Zielvolumen ausgewertet wird. Petzoldt ermittelte systematisch das am besten geeignete Detektormaterial zur Messung der Gammastrahlung in diesem Anwendungsfall. Des Weiteren untersuchte er, inwiefern Schwankungen der Parameter des Behandlungsstrahls die Gamma-Messung beeinflussen, und wie sich diese bestimmen lassen. Schließlich demonstrierte er die klinische Machbarkeit des Prompt Gamma Timings durch die Erstellung eines Prototyps für einen Messaufbau.
Dr. Kristjan Anderle verbesserte in seiner Dissertation an der TU Darmstadt die vielfach verwendete Software TRiP zur Planung von Behandlungen mit Ionenstrahlen. Sie ist nun in der Lage, auch komplexe Fälle mit großen oder mehreren Tumoren und zahlreichen Risikoorganen effizient und schnell zu berechnen. Des Weiteren führte er Bestrahlungsplanungsstudien für Fälle von Lungentumoren durch. Durch den enormen technischen Fortschritt bei der Bestrahlungstechnik und Bildgebung in der herkömmlichen Bestrahlungstechnik mit Photonen ist es heute möglich, kleinere Lungentumoren in wenigen Sitzungen mit hoher Dosis effektiv zu bestrahlen. Dies gelingt allerdings bei größeren Tumoren und komplexeren Situationen mit nahe gelegenen Risikoorganen häufig nicht aufgrund zu hoher Belastung des gesunden Gewebes. Anderle konnte zeigen, dass sich durch eine Ionenbestrahlung auch ein Großteil dieser Fälle abdecken ließe und so deutlich mehr Patienten effektiv behandelt werden könnten.
Das Preisgeld beträgt für die Masterarbeit 750 Euro und für die Dissertationen jeweils 1500 Euro. Benannt ist die Auszeichnung, die in diesem Jahr zum 19. Mal verliehen wird, nach Professor Christoph Schmelzer, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, wo die Schwerionentherapie in Deutschland in den 1990er Jahren bis zur klinischen Reife entwickelt wurde, bietet traditionell den passenden Rahmen für die jährliche Festveranstaltung.
Der Verein zur Förderung der Tumortherapie unterstützt Aktivitäten im Rahmen des Forschungsprojekts „Tumortherapie mit schweren Ionen" bei GSI mit dem Ziel, durch Weiterentwicklung des Systems 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 Patienten 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. Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten seit 2009 routinemäßig mit schweren Ionen behandelt. 2015 wurde das Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum (MIT) eröffnet und damit eine zweite große Therapie-Anlage mit 12C-Ionen und Protonen in Deutschland in Betrieb genommen.
Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen e.V.
]]>Unser neuer Film „FAIR – Das Universum im Labor“ stellt die FAIR-Anlage vor und zeigt auf verständliche Weise, welchen wissenschaftlichen Fragestellungen wir mit FAIR auf die Spur kommen möchten. Des Weiteren erläutern wir, welche Technologien dabei zum Einsatz kommen und warum unser Standort für den Bau der Anlage die richtige Wahl ist.
Update: Kalender für den Versand bereits vergriffen.
Wenn Sie den DIN A2-großen Kalender von FAIR und GSI bestellen möchten, wenden Sie sich bitte direkt per E-Mail an Kalender(at)gsi.de und wir senden Ihnen den Kalender umgehend per Post zu. Vergessen Sie dabei nicht, Ihren Namen, Ihre Adresse und die Anzahl der Kalender anzugeben (max. 3). GSI- und FAIR-Mitarbeiter können sich ein Exemplar im Foyer, Hauptlager oder Eingangsbereich KBW abholen.
Bitte haben Sie dafür Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal drei Kalender (solange der Vorrat reicht) versendet werden können.
]]>Zu den Mitgliedern der Delegation, die GSI und FAIR besuchte, gehörten unter anderem Repräsentanten der politischen Gremien der Stadt San Antonio, der dortigen Wissenschaftseinrichtungen und der Handelskammer sowie Vertreter der Stadt Darmstadt. Hightech, Forschung und Entwicklung waren Leitthemen des Programms für die amerikanischen Gäste während ihres mehrtägigen Aufenthalts in Darmstadt.
]]>Zur Erzeugung des Magnetfeldes, das die Strahlen auf eine Kreisbahn zwingt, werden spezielle Elektromagnete verwendet, außerdem wird eine besondere Vakuumkammer eingesetzt. Beide Komponenten werden bei deutschen Herstellern gefertigt: die Dipolmagnete in Würzburg bei der Firma Babcock Noell (BNG), die Vakuumkammer bei der unweit davon gelegenen Firma PINK in Wertheim. Die Dipolmagnete werden im Betrieb auf -270 Grad abgekühlt, um in der zum Einsatz kommenden Magnetspule Supraleitung herzustellen. Supraleitung bedeutet, dass der Strom, anders als in den üblichen Kupferkabeln, ohne jeglichen elektrischen Widerstand fließt. Auf diese Weise lassen sich sehr kompakte Magnete bauen, und die elektrische Pulsleistung der Beschleunigeranlage lässt sich begrenzen.
Darüber hinaus ermöglichen die bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlten Magnete die Integration einer ebenso kalten Vakuumkammer, in der der beschleunigte Ionenstrahl umläuft. Zur Beschleunigung von intensiven Strahlen schwerer Ionen wird ein Vakuumzustand im Strahlrohr benötigt, der den Bedingungen im Weltraum sehr nahe kommt. Die Vakuumkammer wirkt dabei als Superpumpe, an deren Wand die restlichen Gasteilchen, die durch konventionelle Vakuumpumpen nicht beseitigt werden, ausfrieren.
Die Magnete sind nicht nur hinsichtlich ihrer Supraleitung technologisch anspruchsvoll, sondern auch in Bezug auf die im Inneren zu erreichende mechanische Präzision. Für optimale Ergebnisse ist es nötig, dass die beiden Magnetpole mit einer Genauigkeit von jeweils ± 50 Tausendstel Millimeter parallel zueinander stehen.
Die Firma BNG, die den Auftrag zur Herstellung der 110 benötigten Dipolmagnete für das Schwerionensynchrotron SIS100 bekommen hat, hatte an einem ersten Magnet, dem sogenannten „first of series (FOS)“, demonstrieren können, dass sie über die hierfür notwendige Fertigungstechnologie verfügt. Dieser bereits nach Darmstadt zur GSI gelieferte erste Dipolmagnet war an der eigens hierfür errichteten Serientestanlage bis nahe an den absoluten Nullpunkt abgekühlt und mit den im Beschleunigerbetrieb benötigten hohen elektrischen Strömen betrieben worden. Dabei durchfließt den etwa einen Zentimeter durchmessenden supraleitenden Draht ein Strom von etwa 17.000 Ampere. Zum Vergleich: Eine Haussicherung löst in der Regel bei 25 Ampere aus. Auch hier ist Präzision entscheidend: Bei so hohen Strömen besteht bei unpräziser Herstellung das Risiko, dass die Supraleitung des Drahtes zusammenbricht. Der geliefert FOS-Dipolmagnet hatte im Testprogramm bei GSI alle spezifizierten Eigenschaften erreicht. Nach dem erfolgreichen Abschluss der Abnahmetests hatte GSI die Freigabe zur Serienproduktion der Magnete erteilt. Die Firma BNG hat hierfür eigens eine neue Montagehalle bezogen.
Der erste Dipolmagnet nach Serienfreigabe wurde vor kurzem nach erfolgreichem FAT (factory acceptance test) zur GSI geliefert. Ab jetzt werden regelmäßig supraleitende Dipolmagnete zur GSI geliefert, 110 Stück bis 2019. Jeder Magnet durchläuft bei GSI ein vierwöchentliches Testprogramm. Bei erfolgreichem Abschluss werden die Magnete bis zur Fertigstellung des neuen Beschleunigertunnels eingelagert. Der Beginn der Installation im neuen Beschleunigertunnel ist für 2021 geplant. Im Jahr 2023 soll dann zum ersten Mal der zusammengebaute Teilchenbeschleuniger auf seine Betriebstemperatur von -270 Grad abgekühlt werden, um dann zeitnah den ersten Strahl für die Experimente an der FAIR-Forschungsanlage zu erzeugen.
]]>Die BASE-Kollaboration am europäischen Forschungszentrum CERN besteht aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des japanischen Forschungszentums RIKEN, des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), der Universität Tokio, der GSI Darmstadt, der Universität Hannover und der PTB Braunschweig. Die BASE-Forscher vergleichen die fundamentalen Eigenschaften von Protonen und Antiprotonen mit höchster Präzision, in der vorliegenden Studie das magnetische Moment, welches man sich etwa wie einen Miniatur-Stabmagneten vorstellen kann. Gemessen wird der sogenannte g-Faktor, der die magnetische Feldstärke angibt. „Die Frage ist praktisch, ob das Antiproton genauso magnetisch ist wie das Proton“, erklärt Stefan Ulmer, Sprecher der BASE-Gruppe. „Das ist das Rätsel, dem wir auf der Spur sind.“
Die BASE-Gruppe hatte dazu bereits im Januar dieses Jahres für das Antiproton eine hochgenaue Messung des g-Faktors veröffentlicht, die nun noch übertroffen wird. Mit der jetzigen Hochpräzisionsmessung wurde der g-Faktor auf neun signifikante Stellen genau bestimmt. Das ist in etwa so, als ob man den Erdumfang mit einer Genauigkeit von vier Zentimetern bestimmen wollte. Der Wert von 2,7928473441(42) ist 350-mal genauer als das im Januar publizierte Ergebnis. „Diese Steigerung in einer so kurzen Zeit war nur dank einer komplett neuen Methode möglich“, so Ulmer. Dazu haben die Wissenschaftler erstmals zwei Antiprotonen verwendet und sie mit zwei Penningfallen analysiert.
Antiprotonen bis zur Analyse ein Jahr lang gespeichert
Antiprotonen werden am CERN künstlich erzeugt und von den Forschern für Versuche in einer Reservoirfalle gespeichert. Die Antiprotonen für das jetzige Experiment stammten aus dem Jahr 2015 und wurden zwischen August und Dezember 2016 vermessen – auch dies eine kleine Sensation, da eine so lange Antimaterie-Speicherzeit bislang noch nicht dokumentiert ist. Normalerweise würden Antiprotonen in kürzester Zeit in Kontakt mit Materie annihilieren, beispielsweise in der Raumluft. Die Speicherung erfolgte für 405 Tage in einem Vakuum, das zehnmal weniger Teilchen enthielt als der interstellare Raum. Insgesamt wurden 16 Antiprotonen verbraucht, die teilweise auf eine Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt bei minus 273 Grad Celsius gekühlt wurden.
Das neue Prinzip beruht auf dem Zusammenspiel von zwei Penningfallen. Solche Fallen halten die Antiprotonen durch elektrische und magnetische Felder fest. Die bisherigen Messungen waren durch eine starke magnetische Inhomogenität in der Analysefalle limitiert. Um diese Schranke zu durchbrechen, fügten die Wissenschaftler eine zweite Falle mit einem Magnetfeld hoher Homogenität hinzu. „Damit haben wir eine Methode angewendet, die an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz entwickelt wurde und die Messungen mit höherer Präzision ermöglicht“, erklärt Ulmer. „Diese Messung mit Antiprotonen zum Laufen zu bringen ist extrem schwierig und wir haben seit zehn Jahren daran gearbeitet. Der schlussendliche Durchbruch ist uns durch die bahnbrechende Idee, die Messung mit zwei Teilchen durchzuführen, gelungen.“ Gemessen werden die Larmorfrequenz und die Zyklotronfrequenz, aus denen sich der g-Faktor ergibt.
Der so ermittelte g-Faktor für das Antiproton wird mit dem g-Faktor des Protons verglichen, den die BASE-Forscher 2014 mit der bislang höchsten Genauigkeit ermittelt haben – ohne dass ein Unterschied zwischen den beiden zu finden ist. Diese Übereinstimmung stellt eine Bestätigung der CPT-Symmetrie dar, wonach im Universum eine fundamentale Symmetrie zwischen Teilchen und Antiteilchen besteht. „In all unseren Beobachtungen verhalten sich Materie und Antimaterie komplett symmetrisch, weshalb es das Universum so gar nicht geben dürfte“, so Christian Smorra, Erstautor der Studie. „Ganz offensichtlich besteht aber eine Asymmetrie, wir verstehen nur den Unterschied nicht. Woher kommt diese Symmetriebrechung?“
Die Motivation der BASE-Wissenschaftler ist es nun, durch noch genauere Messungen der Eigenschaften sowohl des Protons als auch des Antiprotons eine Antwort auf diese Frage zu finden. Die BASE-Kollaboration will dazu in den nächsten Jahren weitere innovative Methoden entwickeln und das jetzige Ergebnis noch toppen.
A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment; Nature, 19. Oktober 2017
BASE: Baryon Antibaryon Symmetry Experiment
Ulmer Fundamental Symmetries Laboratory
Pressemitteilung „Magnetische Kraft von einzelnen Antiprotonen mit höchster Genauigkeit bestimmt“ (19.01.2017)
Pressemitteilung „Magnetisches Moment des Protons mit unvergleichlich hoher Genauigkeit gemessen“ (30.05.2014)
Pressemitteilung „Erstmals magnetische Eigenschaft an einem einzelnen Proton direkt beobachtet“ (21.06.2011)
Am 16. Oktober hat ein internationales Team von Wissenschaftlern, darunter Mitglieder der Kollaborationen am Gravitationswellen-Observatorium LIGO in den USA und am Gravitationswellen-Detektor Virgo in Italien sowie mehrerer astronomischer Gruppen, die erstmalige Beobachtung von Gravitations- und elektromagnetischen Wellen einer Neutronensternverschmelzung bekanntgegeben. Es ist spekuliert worden, dass Neutronensternverschmelzungen die bislang unbekannte astrophysikalische Quelle für die schweren Elemente wie Gold, Platin und Uran im Universum sind. Im Jahr 2010 hat eine internationale Kollaboration, geleitet von Gabriel Martínez-Pinedo (GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und Technische Universität Darmstadt) und Brian Metzger (Columbia University) darauf hingewiesen, dass die Synthese von schweren Elementen in einer Neutronensternverschmelzung zur Emission eines eindeutigen elektromagnetischen Signals führt.
Das nun beobachtete elektromagnetische Signal zeigt in der Tat das vorhergesagte charakteristische Muster und bestätigt somit, dass die astrophysikalische Quelle der schweren Elemente nun endlich gefunden ist, und eine der 11 wichtigsten ungelösten Fragen der Physik, wie sie die US National Academies 2003 formuliert haben, beantwortet wurde. Dieser wissenschaftliche Durchbruch stellt das künftige Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), das zur Zeit in Darmstadt entsteht, noch stärker in den wissenschaftlichen Fokus, da dort erstmals die kurzlebigen neutronenreichen Kerne, die das elektromagnetische Signal erzeugen, hergestellt und studiert werden können.
Vor 60 Jahren wurden die wesentlichen Prozesse, die zur Entstehung der Elemente im Universum führen, erstmals beschrieben. Seitdem ist es gelungen, die astrophysikalischen Quellen fast aller Prozesse zu identifizieren. Die Ausnahme bildet der sogenannte r-Prozess, der etwa die Hälfte der Elemente schwerer als Eisen produziert. Dieser Prozess verlangt eine extrem hohe Dichte an Neutronen. Unter diesen astrophysikalischen Bedingungen verlaufen Neutroneneinfänge an Kernen schneller als die konkurrierenden Beta-Zerfälle verlaufen. „Die Identifikationen des astrophysikalischen Orts, an dem die Elemente schwerer als Eisen im Universum produziert werden, wird als eines der Jahrhundertprobleme der Physik angesehen“, sagt Friedrich-Karl Thielemann, Professor an der Universität Basel und auch Mitglied der GSI Theorieabteilung, der 1999 die ersten Nukleosyntheserechnungen durchführte, die zeigten, dass ein r-Prozess in dem Material, das bei der Verschmelzung von Neutronensternen emittiert wird, ablaufen kann.
Fast gleichzeitig wurde vorgeschlagen, dass der radioaktive Zerfall des frisch synthetisierten Materials ein elektromagnetisches Signal erzeugen würde. Die erste realistische Vorhersage dieses Signals wurde 2010 von einem internationalen Team unter Leitung von Gabriel Martinez-Pinedo und Brian Metzger gegeben. Dem Team gehörten auch Almudena Arcones, GSI und Technische Universität Darmstadt, und Aleksandra Kelic, GSI, an, wobei letztere zusammen mit dem GSI-Wissenschaftler Karl-Heinz Schmidt wichtige experimentelle Anleitungen gab. Diese Kollaboration sagte vorher, dass die Leuchtstärke der Neutronensternverschmelzung tausend Mal stärker als bei einer Nova sein würde und ihr Maximum nach etwa einem Tag erreichen würde. Das Ereignis wurde deshalb 'Kilonova' getauft. Diese Vorhersage wurde nun durch die Beobachtung des Gegenparts von GW170817 im optischen und infraroten Bereich bestätigt. „Dies ist ein einmaliger Vorgang in der Astrophysik“, sagt Gabriel Martinez-Pinedo. „Normalerweise beobachten Astronomen ein neues Phänomen, das dann Jahre später von Theoretikern erklärt wird. Hier haben wir ein neuartiges astrophysikalisches Signal ohne vorherige astronomische Hinweise antizipiert, das dann durch die Beobachtung bestätigt wurde.“
Mehrere Beobachtungen deuten darauf hin, dass das beobachtete elektromagnetische Signal von radioaktiven Zerfällen von r-Prozesskernen erzeugt wird. Die Zeitabhängigkeit des Signals entspricht derjenigen, die erwartet wird, wenn die Energie aus dem Zerfall eines großen Ensembles zerfallender Kerne stammt. Ferner zeigt die Farbentwicklung des Signals, dass eine große Zahl von r-Prozesskernen aus leichteren um die Ladungszahl Z=50 in schwerere Kerne umgewandelt wurden. Es wird geschätzt, dass das Ereignis GW170817 ungefähr 0.06 Solarmassen von r-Prozessmaterial, darunter das Zehnfache der Erdmasse an Gold und Uran, produziert hat.
Die LIGO- und Virgo Kollaborationen gehen davon aus, dass ab 2019, wenn die Detektoren ihre volle Kapazität erreicht haben, Neutronensternverschmelzungen etwa einmal pro Woche beobachtet werden. Dies wird eine vollständig neue Epoche im Verständnis der Nukleosynthese schwerer Elemente einläuten, die auch zum Verständnis der Beobachtungen hochpräzise kernphysikalische Daten, vor allem von neutronenreichen Kernen, aber auch von den Eigenschaften von Kernmaterie verlangen.
Deshalb ist es sehr vorteilhaft, dass mit FAIR der Beschleunigerkomplex, der benötigt wird, um diese Daten zu beschaffen, schon in Darmstadt gebaut wird. Erste Resultate werden schon von den im Jahr 2018 durchgeführten FAIR-Phase 0 Experimenten erwartet. Nach seiner Fertigstellung im Jahr 2025 wird FAIR dann sein vollständiges wissenschaftliches Potential entwickeln und weltweit einzigartige Möglichkeiten zur Erzeugung und Studium der schweren r-Prozesskerne bieten. Bis dahin werden die GSI-Theoretiker ihre Forschungen fortführen und ausloten, welches die Schlüsselinformationen zur vollständigen Charakterisierung des elektromagnetischen Signals von Neutronensternverschmelzungen sind und welche Rückschlüsse sie auf die r-Prozess-Nukleosynthese zulassen.
Veröffentlichung in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
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Professor Giubellino informierte die Delegation über das aktuelle und zukünftige Forschungsprogramm von FAIR/GSI und die Möglichkeiten, mit denen beide Parteien ihre Zusammenarbeit mit der NUSTAR-Kollaboration verstärken und durch die Teilnahme am GET_INvolved-Programm erweitern können. Professor Munjal betont im Auftrag der IIT Ropar-Delegation das Interesse an der aktiven Ausbildung junger Studenten und Forscher des IIT Ropar sowie an einem Austausch der wissenschaftlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beider Institute zur Stärkung der Beziehungen. Des Weiteren hatte die Delegation auch eine aktive Sitzung mit der Leitung verschiedener Forschungssäulen. Die Delegation äußerte ihr großes Interesse an der Ausarbeitung eines “Memorandum of Understanding” für gemeinsame Kooperationsbereiche und einer speziellen Vereinbarung über die Ausbildung und das Austauschprogramm von Forschungspersonal.
IIT Ropar ist ein hochentwickeltes technisches Institut im Nordwesten Indiens im Bundesstaat Punjab (rund 300 Kilometer nördlich von Neu-Delhi). IIT Ropar ist bereits Mitglied der NUSTAR-Kollaboration mit mehreren Forschenden und Studierenden, die aktiv an der Optimierung und Entwicklung von Gamma-Kameras arbeiten (eine patentierte Technologie, die bei GSI hergestellt und entwickelt wurde). Das Institut ist auch an der Prüfung der Komponenten für den DEGAS-Detektor (NUSTAR) bei IIT Ropar beteiligt.
Das GET_INvolved-Programm ist eine Initiative des Managements von FAIR/GSI, um internationalen Studierenden und Nachwuchsforschern und -forscherinnen die Möglichkeit zu geben, Praktika zu absolvieren und frühe Forschungserfahrungen zu sammeln. Es bindet sie in das FAIR-Projekt ein (“GET_INvolved”) und unterstützt ihre wissenschaftlich-technische Ausbildung. Das Programm schafft zudem Synergien zwischen den kooperierenden Universitäten und den führenden technischen Instituten in Gesellschafter- und Partnerländern, indem es die Mobilität junger Studierender und Forschender fördert und zum FAIR-Projekt in Forschung und Entwicklung beiträgt. Weitere Informationen sind beim Programmkoordinator erhältlich unter International@fair-center.eu oder International@gsi.de.
]]>Nach dem Messeauftritt zog Jörg Blaurock, der Technische Geschäftsführer der FAIR GmbH und der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, eine positive Bilanz. „Es ist uns sehr erfolgreich gelungen, FAIR als attraktives Bauprojekt weiter zu profilieren und unsere marktgerechte, im Detail ausgearbeitete Vergabeplanung für die verschiedenen Leistungen am FAIR-Projekt zu präsentieren.“ Die dahinter stehende Projektorganisation, insbesondere im personell verstärkten Baubereich, wurde ebenfalls auf der Messe vorgestellt.
Messebesucher und potenzielle Auftragnehmer konnten sich über das FAIR-Bauvorhaben und eine mögliche Beteiligung am Bau eingehend informieren und sich vertieft über die aktuellen Entwicklungen und nächsten Schritte erkundigen. Erneut habe sich in einer ganzen Reihe von Einzelgesprächsterminen und intensiven Dialogen am Messestand gezeigt, dass ein solches wissenschaftliches Megaprojekt äußerst reizvoll für das Portfolio eines Bauunternehmens sei, berichtete Jörg Blaurock. „Wir konnten sehr fokussiert wichtige Gespräche führen und unsere Strategie vorantreiben. Viele Unternehmen waren sehr angetan von der Dynamik, die in diesem Projekt steckt. Wir verzeichnen weiterhin ein großes Interesse am Markt rund um das Thema Realisierung und haben wertvolle Fachkontakte hinzugewonnen.“
Die Messetage boten durch die Präsenz vieler Entscheidungsträger und relevanter Akteure des Bausektors eine hervorragende Plattform, um das FAIR-Projekt in der Baubranche nach den großen Fortschritten der zurückliegenden Monate zu konkretisieren und aktiv die nächsten Schritte in der Vergabe weiterer Leistungen vorzustellen. Erst vor wenigen Wochen hatte der Bau der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt mit dem ersten Spatenstich für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS 100 begonnen – eine wichtige Etappe für das Projekt. Mit den Schritten Wasserhaltung, Aushub und Verbau liegt das Mega-Bauvorhaben FAIR im Zeitplan.
Auch in den nun anstehenden Phasen der weiteren Bauaktivitäten werden zahlreiche Einzelgewerke ineinandergreifen. Einer der größten Bereiche und ein aktueller Schwerpunkt ist die Technische Gebäudeausrüstung (TGA), die unter anderem Heizung, Klima, Lüftung und Stromversorgung umfasst. Mit den Ausschreibungen für die TGA-Leistung wird im Sommer 2018 begonnen, die Auftragserteilung ist 2019 vorgesehen. Die bauliche Komplexität ist dabei in marktgerechte Vergabeeinheiten verpackt. Die Vorstellung des neuen Projektdirektors FAIR Site & Buildings Michael Ossendorf mit seinem Schwerpunkt in der TGA auf einer Sonderveranstaltung der Expo Real traf somit ins Schwarze.
Bewährt hat sich in diesem Messe-Jahr auch die erneute Partnerschaft mit der Wissenschaftsstadt Darmstadt: Das FAIR-Projekt war mit seinem eigenen Auftritt eingebunden in den Darmstadt-Stand als Teil der Metropolregion Frankfurt-Rhein-Main. Die Fachmesse Expo Real zählt mit rund 40.000 Besuchern jedes Jahr zu den wichtigsten europäischen Branchentreffen für Immobilien, Bauen und Standortmarketing.
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
]]>Die Medaille wurde nach dem Tod von Dieter Möhl im Jahr 2012 von CERN gestiftet. Der Preisträger wird durch ein Auswahlkomitee bestimmt. Die Medaille wird alle zwei Jahre anlässlich der COOL-Konferenz verliehen. Der Namensgeber Dieter Möhl war über viele Jahre bei der Planung neuer Beschleunigeranlagen bei GSI in Komitees und als Berater unterstützend tätig. Nach seiner Pensionierung hatte er zusammen mit Takeshi Katayama die Planung der Speicherringe und insbesondere die Auslegung der Strahlkühlungs-Systeme bei FAIR durch seine Beratung mit wichtigen Beiträgen unterstützt.
]]>Das wissenschaftlich und technisch außergewöhnliche Bauprojekt für die Forschung, das maßgeschneiderte Lösungen in vielen Bereichen erfordert, wächst kontinuierlich weiter. Messebesucher und potenzielle Auftragnehmer können sich in München über das FAIR-Bauvorhaben und eine mögliche Beteiligung am Bau eingehend informieren. Auf der Expo Real ist das FAIR-Projekt mit seinem Messe-Auftritt eingebunden in den Stand der Wissenschaftsstadt Darmstadt (C1 331). Zudem wird der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, bei der FAIR-Veranstaltung am 4. Oktober um 13.45 Uhr in der Metropolarena der Expo Real unter dem Titel „Megaprojekt in der Realisierung – Der Forschungsbeschleuniger FAIR in Darmstadt“ über die aktuellen Entwicklungen und nächsten Schritte informieren.
Auch in den nun anstehenden Phasen der weiteren Bauaktivitäten werden zahlreiche Einzelgewerke ineinandergreifen. In einer integrierten Gesamtplanung sind der Hoch- und Tiefbau, die Beschleunigerentwicklung und der Beschleunigerbau sowie die wissenschaftlichen Experimente eng aufeinander abgestimmt. Die bauliche Komplexität wird in leistbare Lose verpackt. Einer der größten Bereiche ist dabei die Technische Gebäudeausrüstung (TGA), die unter anderem Heizung, Klima, Lüftung und Stromversorgung umfasst. Das Gesamtvolumen der TGA-Vergabepakete liegt in einem substantiellen dreistelligen Millionenbereich. Auch diese Aufträge sind in marktgerechte Vergabeeinheiten unterteilt. Der Vergabekalender sieht für dieses Paket von der Bekanntmachung bis zur Auftragserteilung den Zeitraum von Sommer 2018 bis Sommer 2019 vor. Außerdem ist es das Ziel entsprechend der im Detail ausgearbeiteten Vergabeplanung für FAIR, bereits im letzten Quartal diesen Jahres 2017 den Auftrag für den Rohbau auf dem Baufeld Nord zu vergeben. Ein Jahr später, im vierten Quartal 2018, folgt dann der Rohbau auf dem Baufeld Süd. Hinzu kommen Aufträge für Baulogistik, Krananlagen und Aufzüge, die bis Frühjahr 2018 erteilt werden.
Vor wenigen Wochen hatte der Bau der weltweit einzigartigen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt begonnen. Der erste Spatenstich für den FAIR-Ringbeschleuniger SIS 100, der unter bundesweitem Medieninteresse erfolgte, war ein wichtiger Etappenschritt für das Projekt und markierte den Start der Hoch- und Tiefbauarbeiten. Ein weiterer Meilenstein für die Bauaktivitäten sind die laufenden Arbeiten zum Anschluss der bestehenden Beschleunigereinrichtungen des GSI Helmholtzzentrums an die neue, internationale FAIR-Anlage.
Internationale Fachmesse für Immobilien und Investitionen, 4. - 6. Oktober 2017, Messe München
FAIR Stand Nr.: C1 331
FAIR Veranstaltung: Metropolarena, Stand Nr.: C1 334
Mittwoch, 4. Oktober 2017, 13.45-14.15 Uhr
„Megaprojekt in der Realisierung – Der Forschungsbeschleuniger FAIR in Darmstadt“
Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer FAIR und GSI
Thomas Burkhard, Project Director (ad interim) FAIR Site and Buildings
Moderation: Klaus Ringsleben, Chair FAIR Building Advisory Committee
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
]]>Nach einem Aufruf der ESA im Sommer können Wissenschaftler Experimentideen vorschlagen, die dazu beitragen, die Risikobewertungen der kosmischen Strahlenbelastung zu verbessern oder Gegenmaßnahmen zum Schutz vor Strahlen zu ergreifen, um eine sichere bemannte Raumfahrt zu ermöglichen. Denn Besatzungsmitglieder von Weltraumcrews können im All unterschiedlichen Dosen und Qualitäten von Strahlung ausgesetzt sein, die ihre Gesundheit beeinträchtigen.
Die Ergebnisse solcher Untersuchungen werden aber nicht nur Informationen für die Raumfahrt, sondern auch für das Leben auf der Erde bringen. Daten aus den Experimenten können beispielsweise sowohl zu Erkenntnissen über Risiken von Strahlenbelastungen auf der Erde beitragen als auch zur Verbesserung von Strahlentherapien für die Krebsbehandlung.
Beim Workshop wird nun über Projektideen und deren Machbarkeit diskutiert, danach können detaillierte Anträge eingereicht werden, über die ein Expertengremium mit Beteiligung von GSI-Wissenschaftlern bis Ende des Jahres entscheiden wird. Nach der Evaluation durch das Gremium werden die ausgewählten Forschungsvorschläge in den Jahren 2018/19 mit Strahlzeiten von insgesamt 160 Stunden bei GSI umgesetzt. Dazu nutzen die Forscher die GSI-Beschleunigeranlagen, die für ihren späteren Einsatz als Vorbeschleuniger für das derzeit bei GSI entstehende, weltweit einmalige Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) bereits wesentlich verbessert wurden und noch weiter technisch modernisiert werden.
]]>Der 30 Jahre alte Physiker Erik Etzelmüller wird mit dem Preis, der mit 200 Euro Preisgeld sowie einem Zertifikat dotiert ist, für seine Dissertation zum Thema „Developments towards the technical design and prototype of the PANDA Endcap Disc DIRC“ ausgezeichnet. Betreut wurde die Promotion durch Professor Dr. Michael Düren von der Justus-Liebig-Universität Gießen.
Seit 2013 wird der PhD-Preis einmal jährlich von der PANDA-Kollaboration für die beste Dissertation verliehen, die im Rahmen des PANDA-Experiments erstellt wurde. PANDA ist eines der Schlüsselexperimente am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, im Mittelpunkt stehen die Forschung mit Antimaterie sowie verschiedenen Themen rund um die schwache und die starke Kraft, exotische Zustände von Materie und die Struktur von Hadronen. In der Kollaboration arbeiten mehr als 500 Wissenschaftler aus 17 Ländern zusammen. Dr Erik Etzelmüller beschäftigt sich in seiner Dissertation mit einem scheibenförmigen DIRC (Detection of Internally Reflected Cherenkov light). Er wird im Vorwärtsbereich eingesetzt werden und ist einer der Hauptkomponenten zur Identifizierung geladener Teilchen am PANDA-Detektor, der an der FAIR-Beschleunigeranlage aufgebaut wird.
Kandidaten für den PhD-Preis werden von ihrem jeweiligen Doktorvater nominiert, Voraussetzung ist neben einem direkten Bezug zur PANDA-Forschung die Bewertung der Promotion mit mindestens „sehr gut“. Bis zu drei Kandidaten kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem PhD-Preis möchte die Kollaboration die Beiträge von Studenten zum PANDA-Projekt besonders würdigen.
]]>Die in der Türkei gefertigten Transformatoren wurden per Schiff von Izmir nach Rotterdam und von dort mit 30 Meter langen Tiefladern nach Darmstadt-Wixhausen transportiert. „Trotz der großen Entfernung und einem langwierigen Genehmigungsverfahren für den Sondertransport auf der Straße hat dank vorausschauender Planung alles gut funktioniert“, sagt Udo Zerb, Transformatorenspezialist der e-netz Südhessen.
Im nächsten Schritt werden die Transformatoren, die im Betrieb je 114 Tonnen wiegen, in die Umspannanlagen Süd und Nord eingebaut, die gerade im Bau sind. „Die 110 kV-Hochspannung, die über erdverlegte Hochspannungskabel bei GSI und FAIR ankommt, wird von den Transformatoren auf 20 kV umgewandelt, so dass der Strom bedarfsgerecht bei den Verbrauchern auf unserem Campus ankommt“, sagt Karl-Heinz Trumm, Leiter der Abteilung Electric Power Systems bei FAIR und GSI. FAIR benötigt unter anderem für die Versorgung der leistungsstarken Elektromagnete, der Infrastruktur und für Kühlzwecke eine Leistung von bis zu 90 Megawatt. Die normale Stromversorgung des FAIR-Geländes wird über die Umspannanlage Süd sichergestellt. Für die Energieversorgung der Ringbeschleuniger SIS18 und SIS100 wird die Umspannanlage Nord gebaut, da aufgrund der besonderen Betriebsweise der normalleitenden und supraleitenden Magnete extreme Anforderungen an die Qualität der Stromversorgung bestehen. Die Inbetriebnahme der Umspannanlage Nord ist für Dezember 2017 geplant, die Umspannanlage Süd soll im Frühjahr 2018 an das Netz gehen.
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Woher kommt ihr und was studiert ihr?
Anushka: Ich mache einen Bachelor of Engineering mit Schwerpunkt Computer Science in Nord-West Indien.
Jayati: Ich auch. Wir sind beide von der Mody University dort. Ich schreibe hier meine Bachelor-Thesis im Bereich der supraleitenden Magnete.
Mateusz: Ich mache gerade meinen Bachelor in Elektrotechnik an der Technical University of Bialystok in Polen.
Wie habt ihr von GET_INvolved erfahren?
J: Schon im ersten Studienjahr habe ich von GSI erfahren, weil ältere Kommilitonen hier waren. Es war mein Ziel nach Deutschland und hierher zu kommen, deshalb habe ich mich beim Lernen besonders ins Zeug gelegt. Anfang dieses Jahres hat mich dann einer meiner Professoren gefragt, ob ich Interesse hätte hier ein Praktikum zu machen.
A: Ich wurde auch durch meinen Professor auf GET_INvolved aufmerksam. Die Chance habe ich sofort ergriffen!
M: Für das Programm wurde ich ausgewählt, weil ich für mein Projekt hier gute Vorkenntnisse hatte. Ich möchte meine Uni natürlich gut repräsentieren.
Was ist das Besondere für euch an GET_INvolved?
M: Ich arbeite an einer Software, mit der Präzisionsmessgeräte kalibriert werden können. Ich finde es toll, Teil eines Projekts zu sein, das für viele Detektoren wichtig ist!
A: Es ist das erste Mal, dass ich ein eigenes Projekt bearbeite und das theoretische Wissen aus Vorlesungen praktisch anwenden kann. Ich programmiere für die Fragmentseparator-Abteilung eine Datenbank, mit der sich Daten besser sortieren lassen. Ich habe das Gefühl, dass ich dabei unglaublich viel gelernt habe und mich in kurzer Zeit intellektuell und persönlich weiterentwickeln konnte.
J: Ja, es ist toll, dass wir hier drei Monate Zeit haben uns einzuarbeiten und durch einen persönlichen Mentor unterstützt werden! Dadurch hat man die Möglichkeit, eigene Ideen einzubringen. Deutschland und Europa ein bisschen kennenzulernen, ist natürlich auch total interessant! Ich war schon in Paris, in Heidelberg und habe in Darmstadt zum ersten Mal einen Biergarten besucht.
Welche Erfahrungen habt ihr bei GSI und FAIR bisher gesammelt?
A: Ich bin durch die Aufgaben und Herausforderungen hier viel selbstständiger und unabhängiger geworden. Am Anfang war ich noch ziemlich schüchtern, aber jetzt traue ich mich mehr, aus mir raus zu gehen.
J: Ich finde es beeindruckend, mit welcher Motivation und Leidenschaft die Leute hier arbeiten. Manchmal ist es einfach wichtiger ein Problem zu lösen, als Feierabend zu machen. Ich habe den Eindruck, dass man hier in der Gestaltung der Arbeit freier ist und dadurch kreativer sein kann.
M: Das ist mir auch aufgefallen. Durch diese Freiheiten macht das Arbeiten hier mehr Spaß.
Was würdet ihr euren Kommilitonen über das GET_INvolved-Programm sagen?
A: Ich würde jedem empfehlen, sich für das Programm zu bewerben! Ich bin zum ersten Mal in Europa und am Anfang war es vielleicht nicht ganz einfach, weil ich auch ein bisschen Heimweh hatte, aber jetzt würde ich am liebsten hier bleiben. Ich habe Freunde gefunden und finde es super!
M: Nach meiner Meinung wäre das Programm auch für viele Studenten an meiner Uni interessant wäre, weil es viele Projekte im Programmieren oder in der Messtechnik gibt. Aber man sollte gut Englisch sprechen, das ist hier wirklich wichtig.
J: Ich denke, dass man unbedingt ein Praktikum hier machen sollte. Viele Fragen und Zweifel, die ich an der Uni hatte, haben sich hier geklärt, weil man lernt, wie Computer Science in der Praxis zum Einsatz kommen.
Wie sehen eure Zukunftspläne aus?
M: Die Arbeit hier macht Spaß, ich würde gerne wieder kommen.
A: Wenn ich mit meinem Bachelor fertig bin, würde ich gerne einen Master in Europa machen. Und vielleicht für die Doktorarbeit oder als Postdoc zu GSI und FAIR kommen!
J: Ich würde mich im Master gerne weiter mit Physik beschäftigen. Am liebsten in Deutschland!
Für das GET_INvolved Programm kann man sich das ganze Jahr über bewerben. Die Anzahl der Plätze hängt von den Interessen und dem Profil der Bewerber ab.
Teilnehmerinnen und Teilnehmer profitieren von verschiedenen Formen der Unterstützung. Kosten für Reise und Unterkunft können übernommen werden. Angehende Teilnehmer können sich für europäische oder nationale Stipendien oder für Förderungen durch Vereine oder Unternehmen bewerben. Auch eine Förderung durch GSI und FAIR ist möglich. Außerdem werden Teilnehmende umfangreich bei administrativen Prozessen unterstützt.
Interesse an GET_INvolved teilzunehmen? Bewerben Sie sich, indem Sie Ihren Lebenslauf und ein Bewerbungsschreiben an international(at)gsi.de oder international(at)fair-center.eu schicken. Beschreiben Sie darin bitte Ihre Forschungsinteressen und die Überschneidungen, die es mit der GSI/FAIR-Forschung gibt. Erfolgreiche Bewerber werden die Möglichkeit bekommen, die Relevanz ihrer Forschung für bestehende GSI-Projekte darzustellen und zu erläutern, welchen Beitrag sie leisten können. Es gibt keine Bewerbungsfrist.
]]>Die Zusammenarbeit zwischen GSI und chinesischen Forschungseinrichtungen kann auf eine lange Tradition zurückblicken. Sie begann mit persönlichen Kontakten zwischen Professor Yang Chengzhong, dem Gründungsdirektor des IMP, und Professor Rudolf Bock, Mitglied des GSI-Gründungsdirektoriums und langjähriger Leiter der früheren Kernphysik-I-Abteilung, auf der International Nuclear Physics Conference in Caen in 1976, und während gegenseitiger Besuche bei GSI und in Beijing im Jahr 1977. Zu dieser Zeit startete die Chinesische Akademie der Wissenschaften (CAS) ein Programm für Schwerionenphysik, das auf die Errichtung eines Schwerionenbeschleunigers am IMP abzielte. Im Jahr 1979 kamen die ersten drei Gastwissenschaftler aus China im Rahmen eines Humboldt-Forschungsstipendiums zu GSI und arbeiteten für rund zwei Jahre auf dem Gebiet der Kernreaktionen. Ein regelmäßiges Austauschprogramm wurde in den folgenden Jahren ins Leben gerufen, das Aufenthalte von chinesischen Forschern bei GSI und von GSI-Forschern in Lanzhou ermöglichte, und bis heute existiert. Auch Kontakte zu anderen CAS-Einrichtungen wurden in dieser Zeit geknüpft.
Der wissenschaftliche Austausch und die Zusammenarbeit mit China sind seitdem in vielen weiteren Gebieten gewachsen, von Hadronen-, Kern- und Atomphysik über Plasmaphysik, Strahlenbiologie und Strahlenschutz bis hin zu Beschleunigerphysik und Vakuumtechnik. Insbesondere mit dem Start des Chinese Cooler Storage Ring (CSR) in 1998 und dem Start von FAIR und dem chinesischen Beschleunigerprojekt HIAF vor Kurzem hat sich die wissenschaftliche und technische Kooperation weiter intensiviert. Dank der guten und effizienten Zusammenarbeit sind der chinesische "International Cooperation Award" in 2002 und der "Friendship Award for Foreign Experts" in 2006 an Dr. Norbert Angert und der "Dunhuang Award" für internationale Zusammenarbeit der Provinz Gansu in 2004 an Dr. Otto Klepper verliehen worden, beide sind GSI-Experten. Eine Helmholtz-CAS Joint Research Group wurde eingerichtet, die den Austausch von Studenten und Postdocs zwischen den beiden Instituten ermöglicht. Die Gruppe kann bisher rund 100 fachlektorierte (peer-reviewed) Publikationen vorweisen. Mehrere GSI/FAIR-Forscher haben eine IMP-Gastprofessur erhalten, sind Mitglieder von chinesischen Programme Advisory Committees oder arbeiten bei R&D-Projekten sowohl für GSI als auch für das IMP zusammen.
Die Weichen für die Fortsetzung der fruchtbaren Kollaborationen sind bereits gestellt. Im Frühjahr 2017 wurde die Zusammenarbeitsvereinbarung zwischen IMP und GSI um weitere fünf Jahre verlängert und um die FAIR GmbH als weiteren Partner erweitert.
]]>Litvinov hat in St. Petersburg Physik studiert und ist seit 1999 Wissenschaftler bei GSI. Mit Professor Hans Geissel als Doktorvater hat er 2003 eine Doktorarbeit an der Universität Gießen mit Auszeichnung verteidigt. Im Jahr 2009 ging er für zwei Jahre zum Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, wo er habilitierte. Seit 2011 ist Litvinov bei den APPA/SPARC-Forschungsaktivitäten von FAIR unter der Leitung von Professor Thomas Stöhlker aktiv involviert. Er ist unter anderem Koordinator der Experimente am Experimentierspeicherring ESR und seit 2012 Leiter der Abteilung "SPARC Detektoren" für FAIR, die nun in den Bereich "Atomphysik" umgezogen wurde. Seit 2016 ist Litvinov leitender Wissenschaftler für den EU-geförderten ERC Consolidator Grant "ASTRUm".
]]>Auf lebensgroßen Fotoaufstellern erzählen Patienten ihre großen und kleinen Geschichten. Es sind 33 Geschichten direkt aus den 33 deutschen Universitätsklinika. Stellvertretend für Millionen Menschen in Deutschland, die Tag für Tag auf die Leistungsfähigkeit der Deutschen Hochschulmedizin vertrauen. Die Geschichten bewegen, weil sie einen ganz privaten Einblick in das Leben der Patienten geben. Die Ausstellung wird vom 4. bis 13. September im Foyer der Klinik und Poliklinik für Geburtshilfe und Frauengesundheit, Gebäude 102, Langenbeckstraße 1, 55131 Mainz, zu sehen sein.
Auch Pascals Geschichte wird dort erzählt. Er war einer der Patienten, für den die neue Krebstherapie mit Ionenstrahlen infrage kam. An der Beschleunigeranlage bei GSI wurden im Rahmen eines Pilotprojekts von 1997 bis 2008 mit großem Erfolg über 440 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen behandelt. Der Vorteil der neuen Therapie liegt darin, dass der Ionenstrahl seine größte Wirkung im Tumor erzielt und das umliegende gesunde Gewebe schont. Nach dem Pilotprojekt, das GSI zusammen mit der Radiologischen Universitätsklinik Heidelberg, dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und dem Forschungszentrum Rossendorf betrieben hat, ist die Behandlung inzwischen in die klinische Anwendung überführt: Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten seit 2009 routinemäßig mit schweren Ionen behandelt. Im November 2015 wurde das Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum eröffnet und damit eine zweite große Therapie-Anlage mit 12C-Ionen und Protonen in Deutschland in Betrieb genommen. Aufgrund der überzeugenden Ergebnisse ist die Therapie als Heilverfahren anerkannt. Weitere Forschung hat zum Ziel, die neue Behandlungsmethode auch bei anderen Tumorerkrankungen einzusetzen
„Dank der Therapie kann ich heute ein ganz normales Leben führen“, sagt Pascal. Seine Geschichte ist hier zu lesen.
]]>Ein fester Kern, den dichte Schichten „Eis“ umhüllen – so sieht das Innenleben von Planeten, wie Neptun oder Uranus, aus. Dieses kosmische „Eis“ setzt sich vor allem aus Kohlenwasserstoffen, Wasser und Ammoniak zusammen. Seit langem spekulieren Astrophysiker, dass die extrem hohen Drücke, die etwa 10.000 Kilometer unter der Oberfläche solcher Planeten vorherrschen, den Kohlenwasserstoff auftrennen. Dabei bilden sich Diamanten, die weiter ins Innere sinken. „Bislang konnte dieser glitzernde Niederschlag aber nicht direkt experimentell beobachtet werden“, erzählt Dr. Dominik Kraus vom HZDR. Genau das konnte der Leiter einer Helmholtz-Nachwuchsgruppe mit einem internationalen Team nun jedoch ändern. „In unseren Untersuchungen haben wir eine spezielle Form von Plastik – Polystyrol, das auch aus einem Mix von Kohlen- und Wasserstoff aufgebaut ist – Bedingungen ausgesetzt, die dem Innenleben von Neptun und Uranus ähneln.“
Um das zu erreichen, schickten sie durch die Proben zwei Schockwellen, die sie mit einem extrem starken optischen Laser in Kombination mit der SLAC-Röntgenlaserquelle Linac Coherent Light Source (LCLS) angeregt hatten. Dadurch pressten sie das Plastik mit einem Druck von rund 150 Gigapascal bei einer Temperatur von rund 5.000 Grad Celsius zusammen. „Die erste, kleinere und langsamere Welle wird dabei von der stärkeren, zweiten überholt“, erläutert Dominik Kraus. „In dem Moment, in dem sich beide Wellen überschneiden, bilden sich die meisten Diamanten.“ Da dies nur Bruchteile von Sekunden dauert, nutzten die Forscher die ultraschnelle Röntgenbeugung, die ihnen Momentaufnahmen von der Entstehung der Diamanten und der chemischen Prozesse lieferte. „Die Experimente zeigen, dass sich fast alle Kohlenstoff-Atome in nanometergroße Diamantstrukturen zusammenschließen“, fasst der Dresdner Forscher zusammen.
Ausgehend von den Ergebnissen vermuten die Autoren der Studie, dass die Diamanten auf Neptun und Uranus viel größere Strukturen annehmen und wahrscheinlich über tausende Jahre langsam in den Planetenkern hinabsinken. „Aus unseren Erkenntnissen können wir außerdem Informationen gewinnen, um den Aufbau von Exoplaneten besser zu verstehen“, gibt Kraus einen Ausblick. Bei diesen kosmischen Giganten außerhalb unseres Sonnensystems können Forscher vor allem zwei Kenngrößen messen: die Masse, die sich aus Positionsschwankungen des Muttersterns ergibt, und den Radius, den Astronomen aus dem Schatten ableiten, der sich bildet, wenn der Planet einen Stern passiert. Das Verhältnis zwischen den beiden Größen liefert Anhaltspunkte über den chemischen Aufbau, zum Beispiel ob sich der Planet aus leichten oder schweren Elementen zusammensetzt.
„Und die chemischen Prozesse im Inneren verraten uns wiederum Aspekte über entscheidende Eigenschaften der Planeten“, fährt Dominik Kraus fort. „Dadurch können wir die Planentenmodelle verbessern. Wie unsere Untersuchungen zeigen, sind Simulationen hier bislang nicht exakt.“ Neben den astrophysikalischen Erkenntnissen könnten die Versuche aber auch einen praktischen Nutzen haben. So werden Nano-Diamanten, wie sie in den Experimenten entstehen, zum Beispiel für elektronische Instrumente und medizinische Verfahren, aber auch als Schneidstoffe in der industriellen Fertigung verwendet. Derzeit läuft die Herstellung hauptsächlich über Sprengungen. Die Produktion mit Lasern könnte ein Verfahren ermöglichen, dass sauberer und leichter zu kontrollieren ist.
Neben den HZDR- und SLAC-Forschern waren an den Untersuchungen auch Wissenschaftler der University of California in Berkeley, des Lawrence Livermore National Laboratory, des Lawrence Berkeley National Laboratory, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, der Osaka Universität, der TU Darmstadt, des Europäischen Röntgenlasers XFEL, der University of Michigan sowie der University of Warwick beteiligt.
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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Die Demonstrator des Dauerstrich-Linacs, der aus einer CH-Kavität besteht, wurde im Juni und Juli 2017 erstmals mit Strahl an einer Testanlage am GSI Helmholtzzentrum mit Schwerionenstrahl untersucht. Dabei wurden Argon-Ionen in die neuartige Beschleunigungsstruktur eingespeist und beschleunigt. „Wir haben mit dem Demonstrator des Dauerstrich-Linacs volle Teilchentransmission bis hin zur angestrebten Strahlenergie erreicht“, sagt Dr. Winfried Barth, Leiter des Entwicklungsteams des Dauerstrich-Linacs. „Mit einer Beschleunigungsspannung von 1,6 Megavolt beschleunigte der Demonstrator des Dauerstrich-Linacs auf einer Strecke von nur 70 cm ein Schwerionenstrahl mit einer Intensität von 1,5 Partikel-Mikroampere auf die Zielenergie“, beschreibt Barth den Erfolg des Tests. Damit sind die Funktion und die Leistungsfähigkeit des neuen Designs der CH-Kavität bestätigt, dessen Entwicklung vom Helmholtz-Institut Mainz über das Beschleuniger-R&D-Programm „Matter and Technologies“ der Helmholtz Gemeinschaft wesentlich finanziert wird.
Dass der vorgeschlagene Dauerstrich-Linac einen kontinuierlichen Teilchenstrahl liefern würde, ist vor allem für die Erzeugung und Untersuchung von superschweren-Elementen interessant – ein traditionelles Arbeitsfeld an der GSI, dem Helmholtz-Institut Mainz und der Universität Mainz. Bei GSI wurden sechs neue Elemente entdeckt und ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften untersucht. Neben dem Schwere Elemente-Programm werden auch die Experimente der Materialforschung von dem kontinuierlichen Strahl des vorgeschlagenen neuen Linac profitieren.
„Gegenüber dem vorgeschlagenen supraleitenden Dauerstrich-Linac, wäre ein normalleitender Beschleuniger deutlich länger gewesen. Außerdem könnten die hohen elektromagnetischen Felder nur unter sehr hohem Energieaufwand erzeugt werden und der Beschleuniger hätte zudem sehr gut gekühlt werden müssen,“ erklärt Dr. Florian Dziuba. Er hat die CH-Kavität, die Hoch-Frequenz-Beschleunigerstruktur, die das Herzstück des Dauerstrich-Linacs ist, im Rahmen seiner Promotion an der Goethe-Universität Frankfurt entwickelt, konstruiert und in Betrieb genommen.
Die kompakte Bauweise des supraleitenden Dauerstrich-Linacs kann somit in Zukunft Platz und erhebliche Ressourcen sparen. Auf 13 Metern Länge soll er die Ionen auf maximal 10% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. „Die dazu erstmals verwendete Multizellenstruktur ist die komplexeste supraleitende Hochfrequenz-Struktur, die je gebaut und mit Ionenstrahl betrieben wurde“, erklärt Dziuba, der mittlerweile am Helmholtz-Institut Mainz angestellt ist.
Das jetzige Testmodul des Dauerstrich-Linacs ist ca. 2,20 m lang und hat einen Durchmesser von 1,10 m. Um Supraleitung zu erreichen wird das aus dem Material Niob bestehende Innere auf -269°C herunterkühlt. „Dass der Demonstrator die erwartete “Performance“ zeigt, ist ein toller Erfolg für das gesamte Team und zeigt, dass das neue Design der CH-Kavität zukunftsweisend ist“, sagt Barth.
Das Helmholtz-Institut Mainz (HIM) wurde 2009 von dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) gegründet, um die langjährige Kooperation der beiden Institutionen weiter zu stärken. An seinem Standort in Mainz befasst sich das HIM mit Fragen zur Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie in experimentellen und theoretischen Untersuchungen. Die Grundfinanzierung erfolgt durch den Bund und das Land Rheinland-Pfalz. Die JGU unterstützt das HIM durch die Bereitstellung von Infrastruktur.
]]>Mit dem Geld soll unter anderem eine Postdoktoranden-Stelle über 2 Jahre finanziert werden, die sich um Forschung im Bereich Theorie/Experimente bei GSI und FAIR dreht, vor allem am Höchstleistungs-Lasersystem PHELIX und am Speicherring CRYRING, dem ersten Ionenspeicherring für FAIR, sowie am Experimentier-Speicherring ESR. Konkret geht es um das Thema „Voraussetzungen für Untersuchungen der relativistischen Quantendynamik in Experimenten an den GSI- und FAIR-Forschungsanlagen“. Der Vorschlag für die DFG-Förderung geht auf einen gemeinsamen deutsch-russischen Antrag zurück, den Professor Dr. Thomas Stöhlker, Abteilungsleiter der Atomphysik der GSI, Leiter des Helmholtz-Instituts Jena, Außenstelle der GSI in Jena (HIJ), und Lehrstuhlinhaber an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Optik und Quantenelektronik, sowie Professor Dr. Vladimir Shabaev, Leiter der Abteilung Quantenmechanik der Staatlichen Universität St. Petersburg, gestellt haben. Zudem sind in das Projekt Mitarbeiter der Atomphysik der GSI Darmstadt, Dr. Angela Bräuning-Demian und Dr. Alexandre Gumberidze, maßgeblich eingebunden.
Schwerionenkollisionen spielen eine wichtige Rolle bei der Untersuchung relativistischer Quantendynamik von Elektronen in sehr starken elektromagnetischen Feldern. Die Realisierung des FAIR-Projekts eröffnet neue Möglichkeiten bei der Untersuchung von Kollisionen von schwersten Ionen und Atomen bei niedrigen Energien. Experimentelle Untersuchungen dazu sind bei GSI und FAIR geplant, und dazu korrespondierende theoretische Untersuchungen sind zwingend erforderlich. „Hier setzt unser Forschungsprojekt an und kommt deshalb genau zur rechten Zeit“, unterstreichen Stöhlker und Shabaev und betonen die Bedeutung der Arbeit für das Verständnis weiterer experimenteller Ergebnisse bei GSI/FAIR in Darmstadt.
Die Kollaboration zwischen den Gruppen ist ebenfalls ein wichtiger Punkt: Die anfallenden Kosten der russischen Gruppe werden von Russland abgedeckt, die der deutschen Gruppe von Deutschland. „Das ist ein sehr effektiver Weg, um die internationale Zusammenarbeit zwischen den Gruppen zu fördern“, sagen Stöhlker und Shabaev.
]]>Jeder Sommerstudent arbeitet in der nächsten Zeit in einer Arbeitsgruppe an einer Fragestellung aus dem laufenden Forschungsbetrieb. Die Thematik reicht dabei von der Beschleunigerphysik über die Tumortherapie bis hin zur Astrophysik. In begleitenden Vorlesungen werden das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt.
Für viele Studenten, die vor allem aus europäischen Ländern aber auch aus weiter entfernten Ländern, wie Mexiko, China, Indien oder Südafrika kommen, ist das Sommerstudenten-Programm der erste Schritt zu einer Master- oder Doktorarbeit bei GSI gegen Ende ihrer Ausbildung. Das Sommerstudenten-Programm, das bereits zum 37. Mal stattfindet, wird gemeinsam mit der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert. Neben wissenschaftlichen Veranstaltungen stehen auch Kochabende und Unternehmungen in der Region auf dem Programm.
Die Vorträge werden auf Englisch gehalten, sind öffentlich und können von jedem Interessierten besucht werden. Vortrags-Programm
Die Krebstherapie mit Schwerionen ist eine mittlerweile etablierte Behandlungsmethode, die eine effektive Tumorbestrahlung ermöglicht und gleichzeitig gesundes Gewebe schont. CNAO in Italien ist eine der europäischen Einrichtungen, an denen diese Therapieform zur Verfügung steht; dabei kommt die bei GSI entwickelte Rasterscan-Methode zum Einsatz. Um diese Methode weiterzuentwickeln, wird bei GSI nun das Bestrahlungskontrollsystem von CNAO aufgebaut. „Das Kontrollsystem, das am CNAO entwickelt wurde, hat für uns den Vorteil, dass es sehr flexibel und einfach zu warten ist, da es vor allem aus modernen Industriekomponenten besteht“, erklärt Michael Scholz, Leiter der GSI-Biophysik. „Damit können die bei GSI geplanten Weiterentwicklungen schnell umgesetzt werden.“
Dabei geht es vor allem um eine Verkürzung der Bestrahlungszeit und die Integration von Techniken zur Bewegungskompensation. Diese ermöglichen die präzisere Behandlung von Tumoren, die sich durch die Atmung bewegen. Der Transfer dieser Entwicklungen in eine klinische Umgebung wird durch die enge Kollaboration mit CNAO sehr erleichtert. „Wir erwarten von dieser Kollaboration große Vorteile bei der zukünftigen Behandlung von Patienten mit bewegten Tumoren, wie in der Leber oder der Lunge“, sagt Sandro Rossi, Generaldirektor bei CNAO. Das neue Kontrollsystem soll 2018 für erste Testbestrahlungen am GSI-Therapieplatz eingesetzt werden.
CNAO und GSI arbeiten seit Jahren erfolgreich zusammen. Unter anderem wurden Teile des Injektor-Linearbeschleunigers und des Strahldiagnose-Systems für die Therapieanlage in Italien von GSI entwickelt, aufgebaut und in Betrieb genommen.
Am CNAO, das seit 2011 in Betrieb ist, wurden bereits 1300 Patienten mit der Schwerionentherapie behandelt. Das Zentrum hat sowohl Erfahrung in der klinischen Umsetzung als auch bei der Lizenzierung neuer Technologien für medizinische Anwendungen. Das dortige Bestrahlungskontrollsystem beinhaltet das sogenannte Dosis-Applikationssystem, Echtzeit-Computer und Detektoren, die die präzise Bestrahlung kontrollieren. Das System ist auch beim neuen österreichischen Therapiezentrum MedAustron in Betrieb.
Von 1997 bis 2008 wurden bei GSI 440 Patienten in einem Pilotprojekt mit Schwerionen behandelt. Der Erfolg führte dazu, dass sich die Schwerionentherapie in Europa etablierte. Seit die Schwerionentherapie routinemäßig in Kliniken angeboten wird, entwickeln GSI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler die Technologie weiter, um auch bewegte Tumore behandeln zu können. Neue Methoden wie Strahlnachführung und 4D-Optimierung werden bereits experimentell getestet.
]]>Auf Schäden am Erbgut reagieren Zellen mit ausgeklügelten Reparaturmechanismen. Forscher der Technischen Universität Darmstadt und vom GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt haben zusammen mit Kollegen aus München und Berlin jetzt eine elementare Struktureinheit der Reparaturmaschinerie identifiziert. Darüber berichten sie in der renommierten Fachzeitschrift „Nature Communications“.
Während der Replikation unserer Erbsubstanz sowie durch Röntgenstrahlen und andere Einflüsse können Schäden am Erbgut auftreten. Die zelleigene DNA-Reparaturmaschine reagiert darauf meist schnell und effektiv. „Die räumliche Organisation der Erbinformation im Zellkern spielt eine entscheidende Rolle für die Schadensbehebung“, erklärt M. Cristina Cardoso, Professorin für Zellbiologie und Epigenetik am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt. Die fadenförmigen DNA-Doppelstränge knäulen sich im Zellkern zusammen mit Proteinen auf engem Raum. Bereiche mit aktiven Genen liegen in einer eher lockeren Struktur vor, während inaktives Erbgut dicht gepackt ist.
Für die Studien, die das Team um Cardoso jetzt in „Nature Communications“ vorstellt, wurden menschliche Zellen mit Röntgenstrahlen behandelt, um DNA-Doppelstrangbrüche zu induzieren. Diese Schäden zählen zu den dramatischsten DNA-Defekten. Sie können Krebs und andere schwere Leiden auslösen.
Zu den ersten Schritten des zellulären Reparaturprozesses zählt die Phosphorylierung eines Proteins, das an der Verpackung der DNA im Zellkern beteiligt ist. Mit der super-auflösenden Lichtmikroskopie entdeckten die Forscher Cluster aus phosphoryliertem Protein und Untereinheiten der DNA-Knäuel. Mit Abmessungen von wenigen Hundert Nanometern bilden diese Cluster winzige Einheiten für die Reparatur von jeweils einem DNA-Doppelstrangbruch. Die Wissenschaftler analysierten zudem die zeitliche Verteilung der Cluster im Zellkern und sahen, dass locker gepackte DNA schneller repariert wird als dicht gepackte. Eine Auflockerung der DNA-Knäuel kann die Reparatur erleichtern.
Die Forscher identifizierten ferner das Protein CTCF, das die räumliche Anordnung der DNA im Zellkern steuert, als Schlüsselfaktor der Reparaturmaschinerie: Zellen mit geringem CTCF-Gehalt wiesen eine schlechtere Reparaturleistung auf. Vermutlich stabilisiert CTCF das Erbmaterial in einer Form, in der es gut repariert werden kann.
Die DNA im Zellkern mag wie ein chaotisches Knäuel wirken, doch dahinter stecken ausgefeilte Ver- und Entpackungsmechanismen. „Es ist erstaunlich“, sagt Cardoso, „dass man zwar die molekulare Struktur der DNA bestens kennt, aber nur wenig über ihre räumliche Organisation im Zellkern weiß.“ Die aktuelle Arbeit betrachtet daher nicht nur die DNA-Reparatur, sondern widmet sich auch den fundamentalen Fragen nach der Anordnung des Erbguts im Zellkern. Damit beleuchtet sie einen bislang unterschätzten Aspekt, der weitreichende Folgen für unsere Gesundheit hat.
An der Forschungsarbeit waren neben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Darmstadt auch Forscherinnen und Forscher der Ludwig-Maximilians-Universität München, des Max Delbrück Center for Molecular Medicine Berlin und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt beteiligt.
Die weltweit einzigartige Teilchenbeschleunigeranlage mit einem Investitionsvolumen von über einer Milliarde Euro wird von neun Partnerländern getragen und soll 2025 in Vollbetrieb gehen. Rund 3000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt werden künftig an FAIR arbeiten und bahnbrechend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Zentraler Teil der FAIR Anlage ist ein unterirdischer Ringbeschleuniger mit einem Umfang von 1100 Metern. Daran schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an.
Zahlreiche Vorarbeiten für das Mega-Bauprojekt sind in den vergangenen Wochen und Monaten erfolgt, beispielsweise laufen bereits Arbeiten zum Anschluss der bestehenden Beschleunigereinrichtungen des GSI Helmholtzzentrums an die neue FAIR-Anlage, Stützwände werden errichtet, die Aufträge für Aushub und Verbau des Ringtunnels sind nach erfolgreicher Ausschreibung vergeben worden. Dies sind wichtige Schritte in Richtung der großen Infrastrukturarbeiten für FAIR, die nun mit dem ersten Spatenstich für den Ringbeschleuniger SIS100 begonnen haben. Nach der Errichtung der neuen Gebäude erfolgt der Einbau der hochmodernen Beschleuniger- und Experimentieranlagen.
Bei der Festveranstaltung überbrachten nationale und internationale Vertreterinnen und Vertreter aus Politik und Wissenschaft Grußworte und griffen symbolisch zum Spaten. Repräsentanten aller neun Partnerländer waren bei diesem entscheidenden Etappenziel dabei.
Georg Schütte, Vorsitzender der Gesellschafterversammlung der FAIR GmbH und Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung, sagte: „Mit dem Baubeginn startet FAIR in eine neue Phase. FAIR ist ein hochkomplexes Großforschungsprojekt an der Grenze des wissenschaftlich und technisch Machbaren. Dieses Projekt mit seinen vielfältigen Herausforderungen können wir nur im engen Schulterschluss mit unseren internationalen Partnern meistern. Wir erwarten, dass FAIR sich zum Innovationstreiber auf vielen Gebieten entwickelt: Von der Grundlagenforschung über anwendungsorientierte Entwicklungen bis hin zu technisch neuen Gebäudelösungen.“
Das große Potenzial, das FAIR für die Forschung bietet, hob der Wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR und GSI, Professor Paolo Giubellino, hervor: „FAIR eröffnet einmalige Möglichkeiten für erstklassige Forschung mit großem Entdeckungspotenzial. Mit der FAIR-Anlage können Forscherinnen und Forscher aus aller Welt die Vielfalt des Universums gleichsam ins Labor holen, um so fundamentale Fragen wie die Entstehung der chemischen Elemente im Kosmos oder die Struktur von Neutronensternen zu untersuchen, aber auch Anwendungen z.B. in der Materialforschung und Medizin voranzutreiben. FAIR ist zugleich ein Motor für technische Innovationen und ein idealer Ausbildungsort für die nächste Generation von Wissenschaftlern und Ingenieuren.“
Der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI, Jörg Blaurock, sagte: „FAIR ist ein wissenschaftlich und technisch außergewöhnliches Bauvorhaben. Es erfordert maßgeschneiderte Lösungen sowie das Ineinandergreifen zahlreicher Einzelgewerke. In unserer integrierten Gesamtplanung sind Hoch- und Tiefbau, Beschleunigerentwicklung und -bau sowie die wissenschaftlichen Experimente deshalb eng aufeinander abgestimmt. Die bauliche Komplexität wird in leistbare Lose verpackt. Der erfolgreiche Spatenstich heute ist der Lohn präziser Vorarbeiten und zeigt, dass dies die richtige Strategie für FAIR ist.“
Die Administrative Geschäftsführerin Ursula Weyrich unterstrich: „Wir haben intensiv an der Ausrichtung und den Rahmenbedingungen des FAIR-Projekts gearbeitet und eine neue Gesamtstruktur geschaffen, mit der die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und die FAIR GmbH organisatorisch zusammengeführt werden. Diese Neuaufstellung der Gesamtorganisationsstruktur ist eine wichtige Voraussetzung, um das FAIR-Projekt weiter voranzutreiben. Somit ist der Tag heute auch ein Erfolg der gesamten Belegschaft und das Ergebnis einer hervorragenden und fruchtbaren Zusammenarbeit.“
Eric Seng, stellvertretender Staatssekretär im Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst sagte: "Das FAIR-Projekt ist die Weiterentwicklung einer hessischen Idee, die fast 50 Jahre alt ist: GSI wurde 1969 auf Initiative von hessischen Universitäten hin gegründet. GSI und FAIR haben weltweite Anziehungskraft. Als Gastgeber-Bundesland werden wir alles tun, damit sich die internationale Forschergemeinde bei uns nicht nur wohl fühlt, sondern wissenschaftliche Höchstleistungen erbringen kann."
Passend zum jetzt erfolgten Spatenstich hat auch das FAIR-Experimentierprogramm, die sogenannte „FAIR-Phase-0“ begonnen, um Forschungsbetrieb und Bauablauf zu harmonisieren. Schon jetzt werden Strahlzeiten für die Forschung an den bestehenden GSI-Anlagen und an Komponenten für FAIR eingeplant. Dazu nutzen die Forscher die GSI-Beschleunigeranlagen, die für ihren späteren Einsatz als Vorbeschleuniger für FAIR bereits wesentlich verbessert wurde und noch weiter technisch aufgerüstet werden. Außerdem können auch schon Teile von FAIR genutzt werden, beispielsweise der Speicherring CRYRING.
"Die Wissenschaftscommunity freut sich, dass heute mit dem Spatenstich das Megaprojekt FAIR in die entscheidende Phase eintritt", sagte der indische Professor Sibaji Raha, der Vorsitzende des Wissenschaftlichen Rats von FAIR und GSI. „Schon jetzt arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt an dem Forschungsprogramm und der technischen Umsetzung der weltweit einzigartigen Anlage. FAIR wird für Jahrzehnte die internationale Vorzeige-Einrichtung für Hadronen- und Kernphysik werden und herausragende Forschungsmöglichkeiten bieten."
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen als Vorbeschleuniger. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
]]>Die Prinzessin und die thailändische Delegation, der Vertreter aus Wissenschaft und Diplomatie angehörten, wurden vom GSI- und FAIR-Management empfangen. Nach einer Präsentation über das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und das zukünftige Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) stand eine Besichtigung auf dem GSI-Campus und der FAIR-Baustelle auf dem Programm. Stationen waren der Green IT Cube, eines der modernsten und effizientesten Höchstleistungs-Rechenzentren der Welt, der Großdetektor HADES und der Therapieplatz für die bei GSI entwickelte Krebstherapie mit Ionen. Danach informierten sich Prinzessin Maha Chakri Sirindhorn und die thailändische Delegation über das internationale FAIR-Projekt, eines der größten Bauvorhaben für die Forschung weltweit, und besichtigten die laufenden Arbeiten auf dem 20 Hektar großen Bauareal, das sich an den GSI-Campus anschließt.
Zum Abschluss des Besuchs wurde ein „Memorandum of Understanding“ unterzeichnet, das eine wissenschaftliche und technologische Kooperation zwischen fünf thailändischen Universitäten und wissenschaftlichen Einrichtungen sowie GSI und FAIR vorsieht. Festgehalten wurden unter anderem Möglichkeiten zur Zusammenarbeit und zum Wissensaustausch, etwa gemeinsame Seminare, Symposien und Wissenschaftstreffen, aber auch die Förderung der Kooperation durch gemeinsame Forschungsprojekte und Austauschaktivitäten von Professoren und Wissenschaftlern, vor allem Nachwuchsforschern, Postdocs und Studenten.
Prinzessin Maha Chakri Sirindhorn engagiert sich im Königreich Thailand und weltweit für humanitäre Zwecke und die Verbesserung der Bildung. Sie gilt nicht nur in ihrer Heimat als sehr wissenschafts- und technologieinteressiert. Auch international hat sie für ihr Engagement und ihre Beiträge zu den Beziehungen zwischen den Nationen bereits zahlreiche Auszeichnungen erhalten.
An der Oberfläche von Atomkernen des Elementes Wismut existieren Magnetfelder in einer Stärke wie sonst nur an der Oberfläche gewaltiger Neutronensterne. Das Verhalten von Elektronen in diesen Feldern untersucht eine Forschungsgruppe unter Federführung der Technischen Universität Darmstadt. Erst vor kurzem gelang ihr ein Durchbruch mit der erstmaligen Beobachtung eines speziellen Übergangs in lithiumartigen Ionen dieses Elementes.
Jetzt konnte sie diesen Übergang am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt so präzise vermessen, dass erstmals ein aussagekräftiger Test der zugrundeliegenden Theorie möglich wurde. In der jüngsten Ausgabe des Fachjournals „Nature Communications“ berichten die Wissenschaftler über das überraschende Ergebnis: Die Diskrepanz zwischen Theorie und Experiment ist eklatant. Sie weist auf einen Fehler im Verständnis des Wechselspiels des Elektrons mit der komplizierten inneren Struktur des Kerns hin.
Einfache Atome, die nur aus einem Kern und einem oder wenigen Elektronen bestehen, sind ideale Systeme, um unser Verständnis der grundlegenden physikalischen Kräfte zu testen. Die Theorie der Atomhülle, basierend auf der Quantenelektrodynamik (QED), ist dabei wesentlich besser verstanden als der Aufbau des Atomkerns. Die QED erlaubt es, die Eigenschaften der Elektronen und die Zustände, in denen das Atom existieren kann, mit hoher Genauigkeit zu berechnen. Diese Berechnungen werden dann in Präzisionsmessungen überprüft. Bislang hat die QED alle diese Tests mit Bravour gemeistert.
Bei der Verwendung schwerer Kerne sind die Forscher vor allen Dingen an dem Einfluss der gigantischen elektrischen und magnetischen Feldstärken auf die darin gebundenen Elektronen interessiert. Unter diesen extremen Bedingungen gibt es bislang nur sehr wenige experimentelle Überprüfungen der Theorie, und sie weisen bei weitem nicht die hohen Genauigkeiten auf, die mit leichten Kernen erreicht wurden. Die starken Felder machen die theoretischen Berechnungen viel komplizierter. Hinzu kommt, dass die komplexe innere Struktur der Kerne nicht hinreichend genau bekannt ist, aber großen Einfluss auf die Atomhülle hat.
Um diese Schwierigkeit zu umgehen, berechnen die Theoretiker bestimmte Differenzen für Systeme mit unterschiedlicher Elektronenzahl, aber identischem Atomkern. Diese sogenannten „spezifischen Differenzen“ sind so beschaffen, dass sich die Beiträge der Kernstruktur nahezu exakt eliminieren sollten und dienten den Wissenschaftlern als Ausgangspunkt für eine genauere Überprüfung der QED-Berechnungen. Stattdessen scheinen die jetzt publizierten Ergebnisse aber eher das Konzept der spezifischen Differenz in Frage zu stellen.
In seinem Experiment hat das Team zunächst wasserstoff- und lithiumartige Wismutionen erzeugt. Diese Ionen werden in den Experimentierspeicherring (ESR) an der GSI-Beschleunigeranlage eingeschossen, der einen Umfang von 108 Metern besitzt und zwei gerade Strecken hat, in denen Experimente durchgeführt werden können. In der einen wird dem Ionenstrahl ein Elektronenstrahl definierter Energie überlagert. Nach einigen Sekunden gleicht sich die Geschwindigkeit der Ionen an die Geschwindigkeit der Elektronen an. In diesem Abschnitt wird dem Ionenstrahl zusätzlich ein gepulster Laserstrahl überlagert. Die Wellenlänge des Lasers wird dann in winzigen Schritten geändert. Wenn der Laser exakt die Wellenlänge des zu untersuchenden Übergangs des Ions erreicht, absorbieren die Ionen Lichtteilchen (Photonen) und damit Energie aus dem Laserstrahl. Auf diese Art angeregte Ionen geben diese Energie nach kurzer Zeit wieder ab und senden dabei wiederum eine sehr kleine Zahl Photonen aus.
Der effiziente Nachweis dieser kleinen Zahl von Photonen gelang mit einem speziellen, an der Universität Münster entwickelten Spiegel- und Einzelphotonennachweissystem. Aufgrund der hohen Geschwindigkeit ist die Wellenlänge des Lasers für die Ionen um etwa einen Faktor 2,4 gestaucht oder gestreckt, je nachdem aus welcher Richtung der Laser eingestrahlt wird. Dieser Faktor hängt von der Beschleunigungsspannung der Elektronen ab. Zur präzisen Messung dieser Hochspannung von etwa 214.000 Volt mit einer Genauigkeit von etwa einem Volt wurde ein an der PTB Braunschweig entwickelter Hochspannungsteiler eingesetzt. Wissenschaftler der TU Darmstadt waren unter anderem für die Datenaufnahme, die Datenanalyse und die zeitliche Synchronisation der nur wenige Milliardstel Sekunden (Nanosekunden) währenden Laserpulse mit dem Umlauf der Ionen im Speicherring zuständig.
Die gemessene spezifische Differenz der Übergangswellenlängen in wasserstoffartigem und lithiumartigem Wismut kann auch nach Berücksichtigung aller bekannten systematischen Fehlerquellen nicht mit der theoretischen Vorhersage in Einklang gebracht werden. Die Ursache für diese Abweichung ist derzeit noch unbekannt und soll in weiteren Messungen an anderen Isotopen des Wismuts überprüft werden. Diese Isotope sind allerdings radioaktiv und müssen daher vor dem Einschuss in den Speicherring produziert werden. Diese Möglichkeiten sind am GSI Helmholtzzentrum verfügbar. Am neuen Beschleunigerzentrum FAIR, dessen Aufbau in Darmstadt in Kürze beginnen wird, werden sich vielfältige neue Möglichkeiten zur weiteren Untersuchung dieser Beobachtung ergeben.
Die in „Nature Communications“ erschienenen Ergebnisse basieren auf einer Zusammenarbeit der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der PTB Braunschweig, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung Darmstadt und des Helmholtz-Institutes Jena sowie weiteren Institutionen unter Federführung des Instituts für Kernphysik an der Technischen Universität Darmstadt.
Bericht in Nature Communications (auf Englisch)
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Die Besucherinnen und Besucher erwartete ein äußerst abwechslungsreiches Programm: An mehr als 30 Stationen und auf fünf Rundgängen konnten sie einen erlebnisreichen Einblick in die Arbeit rund um die Forschung mit Ionenstrahlen erhalten. Die Begeisterung der großen und kleinen Besucherinnen und Besucher für internationale Spitzenforschung und spannende Wissenschaftsexperimente war groß, an zahlreichen Stationen herrschte starker Andrang, sei es am Therapieplatz für die in Darmstadt entwickelte Krebstherapie mit Ionen oder dem 120 Meter langen Linearbeschleuniger, vor dem FAIR-Forum mit Infos rund um das neue Beschleunigerzentrum oder dem beeindruckend in Szene gesetzten Großdetektor Hades.
Für den Tag der offenen Tür unter dem Motto „Das Universum im Labor“ hatten die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von GSI und FAIR den Forschungsbetrieb ganz speziell vorbereitet, um so viele Themen wie möglich für die Besucher greifbar zu machen. Über 400 freiwillige Helferinnen und Helfer waren im Einsatz. Sie standen bereit, um den Gästen einen interessanten und informativen Tag zu ermöglichen, beantworteten unermüdlich Fragen und unterstützen beim Erkunden des Geländes. Auch für das leibliche Wohl war auf dem Campus bestens gesorgt.
Die GSI- und FAIR-Geschäftsführung zeigte sich außerordentlich zufrieden mit der Veranstaltung. Die Administrative Geschäftsführerin Ursula Weyrich betonte: „Wir freuen uns sehr über das große Interesse der Gäste an unserer Arbeit. Der Tag hat deutlich gemacht, dass Forschung nicht nur aus faszinierender Technik besteht, sondern auch von engagierten und begeisterten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern lebt.“ Der Wissenschaftliche Geschäftsführer Professor Paolo Giubellino unterstrich zudem: „Es ist uns gelungen, Begeisterung und Neugier für die Wissenschaft zu wecken. Sehr erfreulich ist auch, dass viele junge Menschen gekommen sind. Wissenschaft benötigt interessierten Nachwuchs und viele kluge Köpfe, die ihr Talent für die Forschung einsetzen.“ Der Technische Geschäftsführer Jörg Blaurock wertete die Veranstaltung ebenfalls als großen Erfolg: „Unser Tag der offenen Tür hat sehr viele Besucherinnen und Besucher angezogen und damit verdeutlicht, welche Faszination das Thema Forschung auf die Menschen in der Region ausübt. Wir konnten außerdem im direkten Dialog zeigen, was unser weltweit einmaliges FAIR-Projekt ausmacht, das eine zukunftsträchtige Weiterentwicklung am Standort Darmstadt garantiert.“
Auch der Oberbürgermeister der Wissenschaftsstadt Darmstadt, Jochen Partsch, war beim Tag der offenen Tür zu Besuch und eröffnete gemeinsam mit der GSI- und FAIR-Geschäftsführung die Veranstaltung. Oberbürgermeister Partsch sagte: „Ich freue mich außerordentlich, dass die GSI im Jubiläumsjahr ‚20 Jahre Wissenschaftsstadt‘ wieder ihre Türen für Darmstädter Bürgerinnen und Bürger geöffnet hat. Es war eine einmalige Gelegenheit, Spitzenforschung direkt vor der Haustür kennenzulernen. Dass so viele Menschen diese Möglichkeit genutzt haben, zeigt, wie tief verbunden die Darmstädterinnen und Darmstädter mit der Wissenschaftsstadt sind und wie spannend es ist, die GSI selbst zu ‚erforschen‘. Wir leben in einer Stadt, nach der ein chemisches Element benannt ist, das bei der GSI entdeckt wurde. Hier wurden bahnbrechende Erfolge in der Krebstherapie erzielt und derzeit wird mit dem FAIR-Projekt ein weiterer Teilchenbeschleuniger gebaut, der weltweit einen neuen Standard setzen wird. Exzellente Forschung findet also nicht irgendwo im Elfenbeinturm statt, sie wird durch einen Tag der offenen Tür für Jedermann erlebbar. Vergessen sollte man dabei nicht, dass sie neben neuen Erkenntnissen auch wichtige Arbeitsplätze schafft und das Leben in unserer Stadt prägt.“
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Für den Tag der offenen Tür unter dem Motto „Das Universum im Labor“ haben die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter von GSI und FAIR den Forschungsbetrieb ganz speziell vorbereitet, um so viele Themen wie möglich für die Besucher greifbar zu machen: So können die Gäste auf fünf verschiedenen, als Rundgänge konzipierten Entdeckungsreisen den Forschungscampus an 30 Stationen individuell für sich erkunden. Überall warten Ansprechpartner, die Führungen anbieten und für Fragen und Diskussionen zur Verfügung stehen. Bustouren führen zudem hinaus aufs Baufeld, auf dem die weltweit einzigartige Teilchenbeschleuniger-Anlage FAIR entstehen wird. Gebündelte Infos zu diesem faszinierenden Wissenschaftsprojekt, das überall auf dem Campus präsent ist, gibt es beim speziell eingerichteten FAIR-Forum.
Der Markt der Möglichkeiten informiert unter anderem über die vielfältigen Jobmöglichkeiten bei GSI und FAIR und bietet Gelegenheit, auf „Ein Selters mit einem Experten“ vorbeizuschauen, um mit Expertinnen und Experten aus Wissenschaft und Industrie ins Gespräch zu kommen. Die großen und kleinen Gäste haben außerdem zahlreiche Möglichkeiten, selbst aktiv zu werden und beispielsweise bei den Mitmach-Experimenten physikalischen Phänomenen auf den Grund zu gehen, vom Schokokuss im Vakuum bis zur Herstellung von Elementen. Im großen Hörsaal gibt es Vorträge rund um FAIR, heiß her geht es zudem bei der Wissenschaftsshow „Feuer und Eis“.
Umfangreich ist auch das Unterhaltungsprogramm, bei dem Spaß und Spannung im Mittelpunkt stehen. In einem Wissensquiz können die Gäste ihre Kenntnisse über FAIR und GSI testen und als ersten Preis einen Rundflug ab Flugplatz Egelsbach über das Areal von FAIR/GSI und die Region gewinnen. Einen solchen Hauptgewinn gibt es auch beim „Science Selfie Contest“. Hierfür sind auf dem Campus mehrere Selfie Spots als fotogene Bildhintergründe eingerichtet, das schönste Selbstporträt, das dort geschossen wird, gewinnt. Die jüngsten Besucherinnen und Besucher können bei einer Stempel-Sammelaktion den Titel „Wissenschaftsprofi“ erwerben, samt Urkunde und kleiner Überraschung.
Auch auf den Wegen ist viel los: So gibt es beispielsweise Besuch aus dem Weltall, der Kostümclub „501 German Garrison“ tritt in Kostümen aus der Star Wars-Saga auf. Ballonkünstler sind unterwegs, Hüpfburgen und ein Kettenkarussell stehen für die kleinen Gäste bereit. Der Forschungscampus wird an diesem Tag auch zum Kunstcampus: Großformatige Fotografien dokumentieren in der Ausstellung „Forschung im Fokus“ die Instrumentarien der Wissenschaft, mehrere Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zeigen an der „Kunstzeile“ ihre Werke. Auf der Seebühne spielt die Musik, für die Verpflegung ist an mehreren Stationen gut gesorgt, von der Grillstation „Heiße, dichte Materie“ bis zum Getränkestand „Liquid Crystals“. Die Weichen für den Tag der offenen Tür sind somit gestellt, damit die Besucherinnen und Besucher am Ende des Tages viele spannende Eindrücke und außergewöhnliche Erkenntnisse mit nach Hause nehmen können.
Weitere Informationen beispielsweise zu An- und Abreise gibt es auf unseren Sonderseiten zum Tag der offenen Tür. Parkmöglichkeiten vor dem Campus in der Planckstraße sind nur in begrenztem Umfang vorhanden. Es wird empfohlen, mit öffentlichen Verkehrsmitteln anzureisen. Von der S-Bahnhaltestelle Wixhausen und der Straßenbahn-Endhaltestelle Arheilgen/Dreieichweg ist ein kostenloser Shuttle-Verkehr eingerichtet. Der Eintritt zu allen Angeboten auf dem GSI- und FAIR-Campus ist frei. Die Veranstalter erwarten mehrere 1000 Besucherinnen und Besucher, die die Gelegenheit nutzen, um die Faszination Wissenschaft bei GSI und FAIR hautnah zu erleben.
]]>Der Girls’Day begann für die Teilnehmerinnen mit einer Begrüßung durch die Administrative Geschäftsführerin von FAIR und GSI, Ursula Weyrich. Danach folgte ein Rundgang durch die Beschleuniger- und Experimentieranlagen auf dem Forschungscampus, der neugierig machte und viele Fragen weckte: Wie groß sind Atome? Kann man sie eigentlich sehen? Wie ist ein Detektor aufgebaut?
Anschließend konnten die Schülerinnen in Werkstätten, Technologielaboren und Forschungsabteilungen ganz praktische Erfahrungen in unterschiedlichen technischen und wissenschaftlichen Arbeitsgebieten sammeln. Zahlreiche Abteilungen hatten sich mit einem speziellen Programm auf den Besuch der Mädchen vorbereitet und kümmerten sich intensiv um die jungen Besucherinnen. So durften die Schülerinnen beispielsweise selbst fräsen, löten und programmieren. Auch ein Rundgang auf dem Baufeld, wo die weltweit einzigartige Teilchenbeschleuniger-Anlage FAIR entstehen wird, gehörte dazu. Dabei standen Aspekte der Arbeitssicherheit im Mittelpunkt.
Am Ende blickten die Mädchen auf einen spannenden Tag zurück und konnten sich zudem über viele praktische Ergebnisse freuen. So hatten sie beispielsweise Stiftehalter und Buttons zum Anstecken selbst gefräst, Targets herstellen, die hauchdünnen Folien, die als Zielscheiben für Experimente dienen, eine Platine mit Leuchtdioden versehen und angeschlossen und eine eigene Internetseite erstellt. Ein Höhepunkt des Tages war auch das mit flüssigem Stickstoff selbst gemachte Speiseeis.
Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Betriebe und Hochschulen in ganz Deutschland öffnen an diesem Tag ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten tätig sind.
]]>Als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützen wir, die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und die FAIR Facility for Antiproton and Ion Research GmbH, die weltweite Aktion „March for Science“ am 22. April 2017.
Alle Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie alle mündigen Bürgerinnen und Bürger sind aufgerufen dafür einzutreten, dass mit wissenschaftlichen Methoden etablierte Fakten als Grundlage des öffentlichen Diskurses unverzichtbar sind.
Dazu müssen die Freiheit von Wissenschaft, Forschung und Lehre sowie die Freiheit der Meinungsäußerung und Toleranz gegenüber dem Andersdenkenden als hohe Güter einer aufgeklärten Gesellschaft bewahrt werden. Dies schließt auch den freien Austausch zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verschiedener Nationalitäten ein.
Wir möchten Sie daher ermutigen, am 22. April 2017 an der „March for Science-Kundgebung“ in Frankfurt (oder an einer der anderen parallel stattfindenden March for Science-Veranstaltungen) teilzunehmen.
Hören Sie dazu bitte auch die Ansprache des Helmholtz-Präsidenten, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Otmar Wiestler, auf YouTube.
Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer
Ursula Weyrich, Administrative Geschäftsführerin
Jörg Blaurock, Technischer Geschäftsführer
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
FAIR Facility for Antiproton and Ion Research GmbH
In seiner Promotionsarbeit "Online selection of short-lived particles on many-core computer architectures in the CBM experiment at FAIR" entwickelte Zyzak Software zur schnellen Identifizierung von in Schwerionenkollisionen erzeugten, kurzlebigen Teilchen durch ihre Zerfallsprodukte. Diese ist für das Experiment CBM von großer Wichtigkeit zur Selektion seltener Ereignisse in Echtzeit. Das von dem Preisträger entwickelte Softwarepaket „KFParticleFinder“ untersucht gleichzeitig über einhundert verschiedene Zerfallskanäle unter Ausnutzung von parallelem Computing. Über seinen zukünftigen Einsatz in CBM hinaus wird es mittlerweile auch von zur Zeit laufenden Experimenten (STAR, ALICE) verwendet.
Kandidaten für den Preis werden von Ihren Betreuern nominiert. Die Auswahl erfolgt durch ein von der CBM-Kollaboration benanntes Komitee. Die Kriterien zur Auswahl sind Originalität und Qualität der Forschungsarbeit, wissenschaftlicher Wert, Einfluss der erzielten Resultate auf das Forschungsfeld im Allgemeinen und für CBM im Besonderen, sowie die Präsentation der Forschungsarbeit in der Dissertation. Der Preis wird jährlich die beste Doktorarbeit, die im Rahmen des CBM-Experimentes erstellt wurde, auszeichnen. Die CBM-Kollaboration möchte mit diesem Preis die Beiträge von Studenten zum CBM-Projekt besonders würdigen.
]]>Aufgrund der ebenfalls laufenden Bauarbeiten für FAIR ist der Betrieb der Beschleuniger auf rund drei Monate pro Jahr beschränkt. In den kommenden zwei Jahren stehen ca. 600 8-Stunden-Schichten Strahlzeit für die Forscher am UNILAC zur Verfügung, 400 am SIS18 und 170 an ESR und CRYRING. Zusätzlich ist eigenständiger Betrieb des CRYRING vorgesehen. Am PHELIX-Laser stehen ebenfalls 170 Schichten zur Verfügung.
Experimentiervorschläge können über Webformulare eingereicht werden, Informationen dazu gibt es auf der Webseite des Program Advisory Committee (G-PAC) unter www.gsi.de/g-pac. Die Frist hier für ist der 31. Mai 2017. Die Strahlzeitanträge werden im Sommer durch die jeweiligen Sprecher dem G-PAC bzw. den entsprechenden Unterkomitees zur Begutachtung vorgestellt. Nach der Evaluation durch das Auswahlgremium wird die Strahlzeit durch die Geschäftsführung bewilligt.
]]>Aktuell werden 80 Bohrpfähle als solide Basis für die Stützwände nördlich der GSI-Anlagen gesetzt. Bei den Arbeiten wird ein über 25 Meter hohes Pfahlbohrgerät eingesetzt, das bis zu 14 Meter tief ins Erdreich bohrt. Die mit einem Stahlkorsett verstärkten, aus Beton gegossenen Pfähle mit einem Durchmesser von bis zu 1,2 Meter sollen den Baugrund stabilisieren. Die äußere Stützwand erstreckt sich entlang der Prinzenschneise, die nach der FAIR-Fertigstellung wieder für die Öffentlichkeit begehbar sein wird. Die innere Stützwand schirmt den bestehenden Beschleunigerring ab, dazwischen wird eine Campus-interne Fahrstraße errichtet.
Auch auf den beiden Trafofeldern im Norden und Süden des 20 Hektar großen FAIR-Bauareals laufen Vorbereitungen. Zudem werden Baustraßen angelegt, weitere Baustelleneinrichtungen vorgenommen und Zwischenlager für Baumaterial und Erdaushub vorbereitet.
Der technisches Geschäftsführer von GSI und FAIR, Jörg Blaurock, sieht in den aktuellen Arbeiten einen wichtigen Schritt: „Wir sind dabei, entscheidende Weichen zu stellen, bevor nun bald die Hoch- und Tiefbauarbeiten für das künftige FAIR-Beschleunigerzentrum beginnen sollen. Schon jetzt zeigt sich, dass die zahlreichen Einzelgewerke hervorragend ineinander greifen. Wir liegen sehr gut im Rahmen unserer integrierten Gesamtplanung.“
]]>Forscher, Ingenieure und Mechaniker öffnen an diesem Tag Beschleuniger- und Experimentiereinrichtungen, Werkstätten, Rechenzentrum und Labore für die Besucher. An rund 30 Stationen bieten sie Führungen an und stehen für Fragen und Diskussionen zur Verfügung. Die Besucher können auf diese Weise den Forschungscampus ganz individuell für sich erschließen und sich auf eine spannende Entdeckungsreise in die Welt von GSI und FAIR begeben.
Die Bandbreite der Möglichkeiten zum Staunen, Anfassen und Erleben ist groß beim Tag der offenen Tür: Sie reicht von den Beschleunigeranlagen, durch die die Ionen während des Forschungsbetriebs mit rund 270.000 Kilometer pro Sekunde rasen können, bis zu den Großexperimenten mit ihren bis zu sechs Meter hohen Detektoren, mit denen die Wissenschaftler mehreren Hundert Reaktionsprodukte gleichzeitig nachweisen können. Einzigartige Infrastruktureinrichtungen wie das Targetlabor, in dem hauchdünne Folien, die Zielscheiben für Experimente, hergestellt werden und das sechsstöckige Hochleistungsrechenzentrum Green IT Cube sind weitere Highlights des Tages.
Erstmals für die breite Öffentlichkeit aus der Nähe zu sehen ist dabei auch das Baufeld für die FAIR-Anlage: Auf rund 20 Hektar Fläche nordöstlich von GSI-Campus entsteht derzeit ein faszinierendes Wissenschaftsprojekt mit Beschleuniger- und Speicherringen, Hightech-Infrastrukturen und Experimentiermöglichkeiten für rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt. Ihr Ziel: kosmische Materie direkt im Labor erzeugen und untersuchen. Geführte Bustouren ermöglichen den Gästen einen Besuch des Bauareals, wo die vorbereitenden Bautätigkeiten bereits begonnen haben. Auch die ersten Hightech-Entwicklungen für FAIR sind in Darmstadt zu sehen, Fachleute erläutern die Bauplanungen, zudem gibt ein großes 3-D-Modell von FAIR den Besuchern einen anschaulichen Eindruck von einem der größten Forschungsvorhaben Europas.
Mit einem speziellen Kinderprogramm richten sich GSI und FAIR an diesem Tag ganz besonders an die jüngeren Besucher. Sie können bei spannenden Wissenschaftsshows zwischen „Feuer und Eis“ ihren Wissensdurst stillen oder in Mitmachexperimenten selbst aktiv werden und physikalischen Phänomenen auf den Grund gehen. Hüpfburgen und andere Animationsangebote warten ebenfalls auf die kleinen Gäste.
Wer selbst in einer der spannendsten Forschungseinrichtungen arbeiten möchte, kann sich beim Tag der offenen Tür auch über die vielfältigen Jobmöglichkeiten bei GSI und FAIR informieren: von den Ausbildungsberufen über Arbeitsplätze im wissenschaftlich-technischen und administrativen Bereich sowie im Baubereich bis hin zur akademischen Laufbahn. Im großen Ausstellungszelt präsentieren sich die Personalabteilung, die Auszubildenden und die Graduiertenschule „HGS Hire“ (Helmholtz-Graduate School for Hadron and Ion Research), wo die Doktorandenausbildung für den wissenschaftlichen Nachwuchs für GSI und FAIR koordiniert wird. Außerdem stellen sich unter anderem Betriebsrat und Gleichstellungsgremium vor.
Ein umfangreiches Rahmenprogramm mit Musik auf der Freilicht-Bühne am Teich, Ausstellungen und ein Science-Quiz ergänzt den Tag der offenen Tür. Im Restaurant „Zum schnellen Ioni“, an der Cafébar „Quark-Teilchen“ und an zahlreichen Verpflegungsstationen auf dem ganzen Gelände gibt es ein abwechslungsreiches Angebot an Speisen und Getränke.
Informationen rund um den Tag der offenen Tür 2017 sowie zu An- und Abreise gibt es auf der Sonderseite www.gsi.de/open-house. Der Eintritt zu allen Angeboten auf dem GSI- und FAIR-Campus ist frei. Die Veranstalter erwarten viele 1000 Besucher, die die Gelegenheit nutzen, um die Faszination Wissenschaft bei GSI und FAIR hautnah zu erleben.
Tag der offenen Tür
]]>Das Gebäude Forum ist Teil des Messeprogramms und wird vom Bundesindustrieverband Technische Gebäudeausrüstung (BTGA) in Kooperation mit dem VDMA-Fachverband Automation und Management für Haus und Gebäude, dem Zentralen Immobilienausschuss (ZIA) und der Messe Frankfurt veranstaltet. Ergänzt wird das Gebäude Forum durch das Sonderareal BTGA Immobilien Forum. Im Mittelpunkt stehen innovative Lösungen für die professionelle Ausführung und den energieeffizienten Betrieb von Gebäuden und Liegenschaften. Das FAIR-Projekt in diesem Markt und in der TGA-Community bekannt zu machen, ist ein wichtiges Ziel. „Bei der Realisierung von FAIR bezieht sich ein großes Auftragsvolumen auch auf den Branchenbereich Heizung, Klima, Lüftung und Stromversorgung“, erklärt Jörg Blaurock. „Die Messe bietet eine hervorragende Plattform, um in diesem Segment Kontakt zu knüpfen.“
Potenzielle Auftragnehmer können sich über das Bauvorhaben und eine mögliche Beteiligung informieren. „FAIR erfordert keine Standardausführungen, sondern maßgeschneiderte Lösungen, die dabei wirtschaftlich und effizient sind. Das ist eine Herausforderung. Die bauliche Komplexität wird deshalb in enger Zusammenarbeit mit der Gesamtplanung in leistbare Lose verpackt“, sagt Jörg Blaurock. Karl-Walter Schuster, Beauftragter für Europafragen des Bundesindustrieverbands Technische Gebäudeausrüstung (BTGA) und Präsident der europäischen Dachorganisation der installierenden TGA-Unternehmen (GCP Europe), blickt ebenfalls mit großem Interesse auf die Entwicklung des 20 Hektar großen Baufeldes bei FAIR und GSI in Darmstadt: „Das FAIR-Projekt ist eines der spannendsten Projekte nicht nur für die Wissenschaft, sondern auch für die TGA. Die Bauaufgaben werden deshalb in der Branche auf großes Interesse stoßen.“
Die ISH (Internationale Sanitär- und Heizungsmesse) in Frankfurt wird alle zwei Jahre ausgerichtet und ist die weltgrößte Leistungsschau für energieeffiziente Heizungs-, Klima-, Gebäudetechnik und erneuerbare Energien sowie innovatives Sanitärdesign. Rund 2400 nationale und internationale Aussteller präsentieren auf mehr als 250.000 Quadratmeter Ausstellungsfläche ihre Produkte und Dienstleistungen. Mit ihrem Angebot deckt die ISH alle Aspekte zukunftsweisender Gebäudelösungen ab.
]]>Der CR-Sammlerring wird in der FAIR-Anlage dazu dienen, Teilchenstrahlen aus verschiedenen Quellen zu speichern und die im Ring gespeicherten Teilchen zu kühlen. Mit den gekühlten Teilchenstrahlen können direkt im CR-Ring oder im verbundenen Hochenergie-Speicherring HESR weitere Experimente durchgeführt werden. Ein großer Teil des CR-Sammlerrings wird federführend als russischer Beitrag zu FAIR durch das Budker-Institut, bei dem auch die Hauptverantwortung für die Erstellung des CR liegt, vorangebracht.
Vom BINP kommen beispielsweise alle Magnete, außerdem Vakuumsystem und Energieversorgung. Einer der jetzt unterzeichneten Verträge regelt die Bereitstellung von 26 jeweils fast 50 Tonnen schweren Dipol-Magneten. „Das sind mit die größten, die wir bei FAIR einsetzen“, erläutert Gesamtprojektleiter Dr. Jürgen Henschel. „Der jetzt geschlossene Kontrakt mit dem Budker-Institut ist der zentrale Vertrag für den Collector Ring.“
In einem weiteren Development-Vertrag wurde beim jüngsten Treffen in Novosibirsk außerdem vereinbart, wie die begleitende Weiterentwicklung für Themen rund um den technisch anspruchsvollen Collector Ring erfolgen soll.
Mit den aktuellen Vertragsunterzeichnungen in Novosibirsk liegen die entscheidenden Verträge für alle Ringe von FAIR vor, vom 1,1 Kilometer lange Ringbeschleuniger SIS100 bis zum Hochenergie-Speicherring HESR.
]]>Dr. Tanaka hat in einem neuartigen Experiment am GSI-Fragmentseparator nach der Verbindung von Kohlenstoff-Atomkernen mit sogenannten Eta'-Mesonen gesucht. Die Existenz solcher gebundener Zustände ist theoretisch vorhergesagt, und seit vielen Jahren werden sie in verschiedenen Experimenten weltweit gesucht. Obwohl gebundene Zustände in Dr. Tanakas Experiment noch nicht beobachtet werden konnten, gelang es ihm durch die Ermittlung einer Obergrenze für den Wirkungsquerschnitt erstmalig, Aussagen über die Stärke der Wechselwirkung beider Teilchen und der dabei wirkenden Bindungskräfte zu treffen. Dieser Fortschritt, der auch dazu beiträgt, das theoretische Verständnis zu verbessern, gibt zielgerichtete Anhaltspunkte für die Auslegung von Detektoren und Experimenten zur weiterführenden Suche und wird somit in der Fachwelt als wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Entdeckung angesehen.
Die weiteren, mit dem GENCO Membership-Award ausgezeichneten Personen sind: Professor Dr. Maria Borge (Universität Madrid, Spanien) für ihre wichtigen Beiträge zum Verständnis exotischer Kernsysteme, besonders der Studien beta-verzögerter Teilchenemissionen; Professor Dr. Piet Van Duppen (Universität Löwen, Belgien) für die Entwicklung von Techniken zur Laser-Ionisierung für die Erzeugung und Nachbeschleunigung von radioaktiven Strahlen, weiterhin für Studien von Kernstruktur und -zerfällen, insbesondere der Untersuchung von Kernform-Koexistienz; Thomas Glasmacher (FRIB, USA) für die Untersuchung seltener Isotope mit neuen Experimentiertechniken unter Nutzung von Gamma-Strahlung, und für das Öffnen neuer Horizonte mittels Design und Konstruktion der FRIB-Beschleunigeranlage; Professor Dr. Hendrik Schatz (MSU/NSCL, USA) für herausragende Beiträge zum Verständnis der Nukleosynthese in stellaren Explosionen; Privat-Dozent Dr. Peter Thirolf (LMU München) für seine bemerkenswerten Ergebnisse in der Spektroskopie von stark deformierten Kernen, und für neue Anwendungen der lasergetriebenen Beschleunigung in der Kern- und Medizinphysik.
Grußworte sprachen Dr. Georg Schütte, Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung und Vorsitzender von GSI-Aufsichtsrat und FAIR-Council, sowie Professor Otmar D. Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. Grüße überbrachten auch Dr. Rolf Bernhardt, Ministerialdirigent im Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst, außerdem der Darmstädter Oberbürgermeister Jochen Partsch und Professorin Angela Bracco, die Vorsitzende des „Nuclear Physics European Collaboration Committee (NuPECC)“, eines Expertenkomitees der Europäischen Wissenschaftsstiftung ESF (European Science Foundation).
Der 56 Jahre alte italienische Physiker Paolo Giubellino tritt als wissenschaftlicher Geschäftsführer die Nachfolge von Professor Boris Sharkov bei FAIR und von Professor Karlheinz Langanke bei GSI an. Damit ist die gemeinsame Führungsspitze von GSI und FAIR komplett. Auch der neue wissenschaftliche Geschäftsführer übernimmt seine Aufgaben in Personalunion für GSI und FAIR wie zuvor bereits die administrative Geschäftsführerin Ursula Weyrich seit Ende 2014 und der technische Geschäftsführer Jörg Blaurock seit Anfang 2016. Der GSI-Aufsichtsrat und die FAIR-Gesellschafterversammlung hatten die Personalentscheidung für Paolo Giubellino im September 2016 bekannt gegeben, im Januar 2017 hat er sein Amt angetreten.
Dr. Georg Schütte, Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung und Vorsitzender des GSI-Aufsichtsrats und des FAIR-Council, sagte: „Mit der Übernahme der wissenschaftlichen Geschäftsführung durch Paolo Giubellino ist die gemeinsame Führungsspitze von GSI und FAIR komplett. Mit Paolo Giubellino ist gewährleistet, dass zukünftig exzellente Forschung an FAIR betrieben werden kann. Die Basis dafür wird bei GSI mit den derzeitigen Forschungsarbeiten gelegt. Ich wünsche den drei Geschäftsführern Paolo Giubellino, Ursula Weyrich und Jörg Blaurock viel Erfolg bei der herausfordernden Aufgabe, FAIR in dem mit den internationalen Partnern vereinbarten Rahmen zu verwirklichen.“
Professor Otmar D. Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft, betonte die internationale Bedeutung der Personalentscheidung: „Mit seinen wissenschaftlichen Leistungen und seiner herausragenden Begabung, ein internationales Team zu führen, ist Paolo Giubellino eine große Bereicherung für unsere Gemeinschaft und für den Standort Darmstadt. Seine Verpflichtung zeigt auch, wie attraktiv die Helmholtz-Forschung weltweit ist. Mit dem neuen Leitungsteam, zu dem auch Ursula Weyrich und Jörg Blaurock gehören, sind GSI und Fair für die großen Zukunftsaufgaben hervorragend aufgestellt."
Der Amtsbeginn von Paolo Giubellino fällt in eine spannende Zeit für GSI und FAIR: In diesem Jahr soll der Hoch- und Tiefbau von FAIR starten, um eines der ambitioniertesten und größten Vorhaben für die Forschung weltweit in internationaler Zusammenarbeit zu realisieren. Zudem schreitet die Weiterentwicklung des Forschungscampus voran. Die bestehende Beschleuniger-Anlage wird technisch aufgerüstet und ertüchtigt, um Wissenschaftlern aus aller Welt ein exzellentes Forschungsprogramm zu ermöglichen.
Die NuPECC-Vorsitzende Professorin Angela Bracco sagte: „FAIR wird für Jahrzehnte die europäische Vorzeige-Einrichtung für Hadronen- und Kernphysik werden. Die weltweit einzigartige FAIR-Anlage ermöglicht noch nie dagewesene, zukunftsweisende Forschung in einem breiten Spektrum von Grundlagenforschung bis zu angewandten Forschungsdisziplinen.”
In seinem Festvortrag gab Paolo Giubellino einen Ausblick in die Zukunft. Und er ist begeistert von seiner neuen Arbeitsstätte: „Das Forschungspotenzial ist einmalig. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Physiker aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, erwarten können. Das FAIR-Projekt garantiert eine zukunftsträchtige Weiterentwicklung nicht nur am Standort Darmstadt, sondern auch für die Grundlagenforschung in ganz Europa und darüber hinaus.“ Auch den wissenschaftlichen Nachwuchs hat der neue wissenschaftliche Geschäftsführer im Blick: „Wir benötigen schon jetzt viele kluge Köpfe, hochqualifizierte Nachwuchskräfte, die ihr Talent und ihr Knowhow für den Aufbau von FAIR einsetzen.“ Paolo Giubellino versprach: „Ich werde mit ganzem Engagement dazu beitragen, dass wir gemeinsam das große Forschungspotenzial von GSI und FAIR voll ausschöpfen können.“
Paolo Giubellino ist seit Januar 2017 Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und der Facility for Antiproton and Ion Research in Europe GmbH (FAIR GmbH). Die Forschungsschwerpunkte von Paolo Giubellino sind die Physik hochenergetischer Schwerionenstöße und die dabei erzeugte Materie. Nach seinem Studium an der Universität Turin und der University of California in Santa Cruz war er an zahlreichen Schwerionenexperimenten am europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz beteiligt. Beim dortigen ALICE-Experiment hat er seit Anfang der 1990er Jahre verschiedene verantwortliche Positionen übernommen. Seit 2011 war Giubellino der Sprecher von ALICE bei CERN. Zudem ist er seit 1985 auch in der Sektion Turin am italienischen nationalen Kernphysikinstitut (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) tätig. Für seine wissenschaftlichen Arbeiten konnte er bereits zahlreiche Auszeichnungen entgegennehmen. So erhielt er unter anderem 2014 den Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, außerdem den Enrico-Fermi-Preis, die höchste Würdigung der Italienischen Physikalischen Gesellschaft (2013). Im Jahr 2012 wurde er vom italienischen Staatspräsidenten Napolitano für seine wissenschaftlichen Verdienste zum „Commendatore della Repubblica Italiana“ ernannt und 2016 in die Academia Europaea gewählt.
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
]]>Die Jugendlichen waren aufgerufen, Daten des ALICE-Experiments auszuwerten und zu interpretieren. Unter fachgerechter Anleitung von Wissenschaftlern analysierten sie eigenhändig aktuelle Daten, die in Proton-Proton-Kollisionen und in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. Bei den Blei-Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, der im Universum kurz nach dem Urknall vorhanden war. 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.
Ein Einführungsvortrag über das Quark-Gluon-Plasma stimmte die Schüler auf die Auswertung ein. Sie besuchten außerdem das Großexperiment HADES, eines der laufenden Experimente an der GSI-Beschleunigeranlage, das auch ein Teil des zukünftigen FAIR-Beschleunigers werden wird.
Grundidee des Programms ist, dass die Schüler weitgehend selbst wie Forscher arbeiten. Dazu gehört auch eine Videokonferenz zum Abschluss des Tages. In einer Konferenzschaltung mit Schülergruppen von Universitäten in Frankfurt, Münster, Kopenhagen (Dänemark) und Zagreb (Kroatien) sowie dem CERN präsentierten und diskutierten die Jugendlichen ihre Messergebnisse.
Dieses Jahr nehmen 210 Universitäten und Forschungsinstitute in 52 Ländern an den International Masterclasses teil. Veranstalter ist die International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Alle Veranstaltungen in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt, dem bundesweiten Netzwerk zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte, statt. Ziel ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen.
ALICE ist eines der vier großen internationalen Experimente, die am Large Hadron Collider (LHC) aufgebaut sind. Es ist das Experiment am LHC, das speziell auf die Untersuchung von Stößen zwischen schweren Atomkernen bei sehr hohen Energien ausgelegt ist. Wissenschaftler des GSI und deutscher Universitäten waren von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments.
In der Veröffentlichung aus dem Jahr 2016 berichten die Forscher, die unter anderem aus den Abteilungen „Superschwere Elemente“ bei GSI und HIM kommen, über den erstmaligen direkten Nachweis des exotischen Thorium-Isomers Th-229m. Ein entscheidender Schritt, der die Entwicklung einer hochpräzisen Kernuhr auf Basis dieses Isomers näher rücken lässt. Momentan sind Atomuhren die genauesten Uhren der Welt: Den Rekord hält derzeit eine Uhr, die in 20 Milliarden Jahren nur eine Sekunde abweicht. Das jetzt gewürdigte Team unter Leitung von PD Dr. Peter Thirolf und Lars von der Wense von der LMU München hat nun erstmals einen seit 40 Jahren weltweit gesuchten Anregungszustand des Isotops Thorium-229 experimentell nachgewiesen, mit dessen Hilfe diese Genauigkeit sogar noch etwa zehnfach verbessert werden könnte. Über ihre Ergebnisse haben die Forscher im Fachmagazin „Nature“ berichtet. Mögliche Anwendungen der Kernuhr sind vielfältig und beinhalten die Suche nach Dunkler Materie oder nach Gravitationswellen. Ebenso würde sie größtmögliche Sensitivität zum Nachweis einer zeitlichen Veränderung fundamentaler Naturkonstanten aufweisen.
Die zehn wichtigsten „Durchbrüche des Jahres“ werden jährlich von „Physics World“ ausgewählt. Kriterien für die Liste der zehn wichtigsten Entdeckungen sind die grundlegende Bedeutung des Forschungserfolgs, ein signifikanter Wissensfortschritt, eine starke Verbindung von Theorie und Experiment sowie eine allgemeines Interesse für alle Physiker.
Für FAIR/GSI nahmen der wissenschaftliche Geschäftsführer, Professor Paolo Giubellino sowie Forschungsdirektor Professor Karlheinz Langanke und weitere Vertreter an dem Treffen teil. Der chinesischen Delegation gehörte Professor Wenlong Zhan, Präsident der Chinesischen Physikalischen Gesellschaft (Chinese Physical Society) an sowie Vertreter des Instituts für moderne Physik (Institute of Modern Physics, IMP) der CAS, angeführt vom stellvertretenden IMP-Direktor Dr. Hongwei Zhao.
Bei dem Besuch in Darmstadt gab Professor Paolo Giubellino den Gästen einen Überblick über den aktuellen Stand des FAIR-Projekts. Die Gäste aus China berichteten über den Status der in China geplanten Beschleunigeranlage HIAF ((High Intensity heavy ion Accelerator Facility). Ein wichtiges Thema des Treffens war die weitere Zusammenarbeit, beispielsweise bei gemeinsamen Forschungs- und Entwicklungsthemen für FAIR und HIAF sowie bei der Förderung des Austauschs und der Ausbildung junger Wissenschaftler. Basierend auf den Ergebnissen der Gespräche wird die bestehende Grundsatzvereinbarung, das „Memorandum of Understanding“ (MoU) zwischen GSI und IMP auf FAIR ausgedehnt und, thematisch um gemeinsame Beschleunigerentwicklungen erweitert, um weitere fünf Jahre verlängert. An die Gespräche schlossen sich ein Rundgang übers Gelände und der Besuch mehrerer Stationen auf dem FAIR/GSI-Campus an.
]]>Der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI und FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), Professor Paolo Giubellino, zeigte sich erfreut über die Ernennung der jungen Physikerin: „Wir sind stolz, dass eine Forscherin aus unseren Reihen ihr Fachwissen und ihre internationale Erfahrung nun als Wissenschaftsministerin auf der politischen Ebene für die Gesellschaft einbringen kann und wünschen ihr für ihr Engagement viel Erfolg. Die Erfahrungen, die Dr. Sanja Damjanovic bei GSI und am Kernforschungszentrum CERN sammeln konnte, werden ihr dabei sicher zu Gute kommen.“
Seit 1999 arbeitet die 44 Jahre alte Wissenschaftlerin in internationalen Forscherteams bei GSI und CERN. Zudem hat sie 2007 maßgeblich die Kooperationsvereinbarung zwischen ihrem Heimatland Montenegro und dem Kernforschungszentrum CERN initiiert. Für ihre neue Position als Wissenschaftsministerin kann Sanja Damjanovic darauf zurückgreifen. „Meine Arbeit bei GSI und CERN, beides internationale Forschungszentren von Weltruf, hat sicher dazu beigetragen, dass ich für diese Aufgabe in meiner Heimat Montenegro ausgewählt wurde. Die Erfahrungen, die ich sammeln konnte, werden für meine Position eine wichtige Hilfe und Bereicherung sein.“
Sanja Damjanovic wurde in Niksic in Montenegro geboren. Nach ihrem Physikstudium in Belgrad kam sie für ihre Promotion nach Deutschland an die Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg. Der Betreuer ihrer Doktorarbeit zum Thema „Electron-Pair Production in Pb-Au Collisions at 40 AGeV“ war der frühere Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI, Professor Dr. Hans J. Specht. Nach ihrer Promotion folgten eine Postdoc-Stelle bei GSI und an der Universität Heidelberg, ein Stipendium am europäischen Kernforschungszentrum CERN sowie Projektmitarbeiten am CERN und bei GSI.
Die Forschungsschwerpunkte von Sanja Damjanovic im Bereich der Grundlagenforschung liegen auf der Experimentalphysik hochenergetischer Kernkollisionen, in der angewandten Forschung auf Untersuchungen zu Strahlungsfeldern, die durch hochenergetische Teilchenstrahlen entstehen. Diese Aspekte sind beispielsweise wichtig für den Schutz von Beschleunigermaschinen, für die Strahldiagnose und für den Strahlenschutz des Personals. Sanja Damjanovic ist seit 2014 in der GSI-Beschleunigerabteilung in der Strahldiagnose beschäftigt und damit verbunden zeitweise als Projektmitarbeiterin zum CERN abgeordnet.
]]>Die Vernetzung zwischen den Helmholtzzentren untereinander sowie zwischen Zentren und Universitäten ist dabei ein zentrales Anliegen des Programms und steht auch im Mittelpunkt der aktuellen Tagung in Darmstadt, die neben dem Workshop unter anderem Gelegenheit zu Themenmeetings und eine Postersession bietet. Mit einer Begrüßungsrede des Technischen Geschäftsführers von FAIR und GSI, Jörg Blaurock sowie einer Präsentation über FAIR und GSI durch den Wissenschaftlichen Geschäftsführer von FAIR und GSI, Professor Paolo Giubellino wurde die Jahrestagung eröffnet.
Inhaltlich ist das „Matter-and-Technologies“-Programm in Forschung an Beschleunigertechnologien (Accelerator Research and Development, ARD) und Forschung an Detektortechnologien (Detector Technologies and Systems, DTS) gegliedert. Ein wichtiger Effekt ist, dass diese Entwicklungen häufig auch zu Spinoffs in anderen Bereichen führen. Bei den Detektortechnologien ist dies beispielsweise in der Medizin oder der satellitengestützten Astrophysik der Fall.
Durch den wissenschaftlichen Nachwuchs, der mit dem Programm verbunden ist, wurde im Rahmen der Jahrestagung in Darmstadt zusätzlich das dritte „MT student retreat“ organisiert. Dieses Treffen der Doktoranden gibt jungen Forschern Gelegenheit, sich kennenzulernen und sich über ihre Ideen und Lösungsansätze auszutauschen. Mehr als 40 Teilnehmer werden dabei sein, um einen Eindruck von der Vielfalt der Arbeitsfelder im Programm „Matter and Technologies“ zu erhalten.
]]>Der Forschungsbau geht auf eine Empfehlung des Wissenschaftsrats aus dem Jahr 2011 zurück. Mit dem Bau beauftragt wurde der Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung (LBB), der das neue Gebäude auf dem Campus der JGU in unmittelbarer Nähe der Institute für Physik, Kernphysik und Kernchemie errichtet hat. Begonnen wurde im Dezember 2013, die Fertigstellung erfolgte im Sommer 2016, sodass mittlerweile bereits ein großer Teil des Gebäudes bezogen werden konnte. Der Stahlbeton-Massivbau besteht aus einem viergeschossigen Bürotrakt, einem zweigeschossigen Labortrakt und einer eingeschossigen Experimentierhalle mit einer lichten Deckenhöhe von bis zu 10 Metern. Auf einer Hauptnutzfläche von 3.600 Quadratmetern befinden sich Forschungsräume, Büros und Werkstattarbeitsplätze für insgesamt bis zu 170 Mitarbeiter. Ihnen steht eine wissenschaftlich-technische Ausrüstung inklusive Großgeräten, wie etwa ein Hochleistungsrechner, zur Verfügung. Die Gesamtkosten des Neubaus einschließlich der technischen Ausrüstung in Höhe von 35 Millionen Euro wurden vom Bund und vom Land Rheinland-Pfalz übernommen.
Der Staatssekretär im Ministerium für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur, Prof. Dr. Salvatore Barbaro, sagte: „Für Rheinland-Pfalz war und ist die Gründung des Helmholtz-Instituts als erste Helmholtz-Förderung ein schöner Erfolg in der überregionalen Forschungsförderung. Durch die konsequente Ausrichtung der Forschungspolitik auf die Förderung profilbildender Forschungsschwerpunkte an den Hochschulen wurden zwischen 2008 und 2016 in der Forschungsinitiative des Landes die Rahmenbedingungen für exzellente Spitzenforschung und Nachwuchsförderung mit 160 Millionen Euro nachhaltig verbessert. Weitere Landesmittel sind vorgesehen, um die Exzellenzstrategie-Vorbereitungen in Rheinland-Pfalz zu unterstützen.“
„Helmholtz-Institute sind für uns ein hervorragendes Instrument, um gemeinsam mit Universitäten starke Partnerschaften für spezifische Zukunftsthemen aufzubauen. Sie bilden die Grundlage für eine intensive und dauerhafte Zusammenarbeit“, sagte Prof. Dr. Otmar D. Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Das HIM auf dem Campus der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist ein gelungenes Beispiel dafür. Mit seinen herausragenden Forschungsleistungen beweist es zudem, dass Helmholtz-Institute ein sehr erfolgreicher Weg hin zu einer nachhaltigen Stärkung unseres Wissenschaftsstandortes sind.“
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am HIM arbeiten auf den Gebieten der Kern-, Teilchen-, Atom- und Beschleunigerphysik. Sie beschäftigen sich mit grundlegenden Fragen zur Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie. Insbesondere geht es ihnen darum, die starke Wechselwirkung besser zu verstehen, eine der vier fundamentalen Kräfte der Physik. Ein wichtiger Bereich ist außerdem die Entwicklung von Beschleunigersystemen und Detektoren für Experimente am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und der dort entstehenden Beschleunigeranlage FAIR. FAIR, eines der größten Forschungsvorhaben für die Grundlagenforschung weltweit, soll neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums ermöglichen.
„Das HIM verbindet die spezifischen Kompetenzen der Universität und der GSI in optimaler Weise. Die am HIM verfolgten Forschungs- und technischen Entwicklungsarbeiten sind von höchstem Wert für die wissenschaftlichen Programme an der GSI sowie an der internationalen Beschleunigeranlage FAIR. Durch den Neubau und seine innovative Forschungsinfrastruktur wird diese fruchtbare Zusammenarbeit erheblich gestärkt“, sagte Prof. Dr. Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung.
„Der Mainzer Universitätscampus bietet hervorragende Voraussetzungen für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am HIM, die hier in der Physik und Chemie ein ausgezeichnetes Forschungsumfeld vorfinden. Dazu gehören auch der Elektronenbeschleuniger MAMI, der Forschungsreaktor TRIGA und der geplante neue Linearbeschleuniger MESA“, merkte der Präsident der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Prof. Dr. Georg Krausch, an. Die JGU beteiligt sich mit technischer Infrastruktur, wissenschaftlichem und technischem Personal sowie Overheadmitteln am Betrieb des HIM.
„Nach der arbeitsreichen Phase der Planung, des Baus und der Inbetriebnahme freuen wir uns sehr, den im nationalen Wettbewerb eingeworbenen Forschungsbau jetzt zu beziehen und vor allem für unsere Forschung nutzen zu können. Die räumliche Nähe, die technischen Installationen und die verschiedenen Laboratorien versetzen uns umso mehr in die Lage, weiterhin sichtbare Spitzenforschung in einem internationalen Umfeld zu betreiben um damit auch den Nachwuchs auszubilden. Für diese Möglichkeiten sind wir dankbar und werden dies als Ansporn nehmen, weiterhin unser Bestes zu leisten“, sagte der Direktor des Helmholtz-Instituts Mainz, Prof. Dr. Frank Maas.
Markus Rank, Leiter der Mainzer Niederlassung des Landesbetriebs Liegenschafts- und Baubetreuung (LBB), dankte den Baubeauftragten des Helmholtz-Instituts und der Universität für die vertrauensvolle Zusammenarbeit: „Im Ergebnis ist ein Bau entstanden, von dem wir hoffen, dass er wie ein Maßanzug für die Wissenschaft ist, der den Anforderungen der Spitzenforschung auf viele Jahre hinaus entspricht.“
Für die Kunst am Bau im Foyer zeichnet der Künstler Mario Hergueta aus Nauheim verantwortlich. Er hat die Wände der bis ins Obergeschoss hinaufreichenden Eingangshalle mit geometrischen Formen in Schwarz, Grau, Weiß und der reflektierenden Metallfarbe Silber gestaltet. In dem vom rheinland-pfälzischen Finanzministerium ausgelobten beschränkten Wettbewerb mit vorgeschaltetem offenem Bewerberverfahren hatte sich Hergueta gegen sechs Mitbewerber durchgesetzt.
Helmholtz-Institut Mainz
Prof. Dr. Frank Maas
Direktor
Staudingerweg 18
55128 Mainz
Tel.: 06131 39-27447
Fax: 06131 39-27448
E-Mail: him(at)uni-mainz.de
Homepage: https://www.him.uni-mainz.de/
Die Action zielt auf eine Maximierung des Wissenschafts- und Innovationspotentials großer Investitionen, die bereits in experimentelle Anlagen in Europa gemacht wurden, unter ihnen GANIL in Frankreich, das erste unterirdische Labor für nukleare Astrophysik LUNA in Italien und das Beschleunigerzentrum FAIR, das bei GSI in Deutschland gebaut wird.
Die am 24. Oktober 2016 von COST bewilligte Action wurde als eine von 25 aus insgesamt 478 Vorschlägen ausgewählt. Die Action wird vier Jahre lang Finanzierung für Netzwerk-Aktivitäten wie Workshops, Ausbildungsprogramme und kurzzeitige Wissenschaftsmissionen bereitstellen. Sie wird eine neue Generation europäischer Wissenschaftler ausbilden und ihnen interdisziplinäre Expertise und die Fähigkeit zum Wissenstransfer mitgeben.
COST wird unterstützt vom EU-Rahmenprogramm Horizon 2020.
]]>Klaus Peters ist seit 2004 Professor an der Goethe-Universität Frankfurt und leitender Wissenschaftler für den Bereich Hadronenphysik am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Er war von 2011 bis 2013 stellvertretender Forschungsdirektor der GSI und kann auf wichtige Arbeiten unter anderem in der Spektroskopie leichter und schwere Hadronen zurückblicken. Zudem ist er in zahlreichen internationalen Gremien tätig und hat große Erfahrung in internationalen Kollaborationen. Derzeit ist Klaus Peters am GlueX-Teilchenphysik-Experiment am Jefferson Lab in Newport News, USA, sowie an der BES3-Spektrometer-Kollaboration am Beijing Electron Positron Collider in China beteiligt.
Die PANDA-Kollaboration umfasst mehr als 50 Institute weltweit, in ihr arbeiten fast 500 Wissenschaftler zusammen. „Ich freue mich auf die neue Aufgabe, gleichzeitig ist es eine enorme Herausforderung, den Aufbau von PANDA an FAIR zu realisieren und zu wissenschaftlichem Erfolg zu bringen“ sagte Klaus Peters.
]]>In Deutschland leiden etwa 350 000 Patienten unter verschiedenen Herzrhythmusstörungen. Diese können zur dauerhaften Schädigung, etwa durch einen Schlaganfall, oder zum plötzlichen Herztod führen. Bei Herzrhythmusstörungen wie dem Vorhofflimmern oder der Herzkammertachykardie gerät das Herz aus seinem regulären Takt, der durch einen Impulsgeber, den Sinusknoten, vorgegeben wird. Dies wird häufig mit Medikamenten oder mit einer sogenannten Katheterablation behandelt, bei der der Katheter durch Blutgefäße zum Herzen geführt und dort entsprechendes Gewebe verödet wird. Basierend auf diesem Prinzip könnte mit Ionen aus dem Teilchenbeschleuniger in Zukunft eine Behandlung ohne Katheter durchgeführt werden. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass mit den hochenergetischen Kohlenstoffionen von außen gezielt Veränderungen am Herzgewebe erzeugt werden können, die die Weiterleitung des elektrischen Signals verhindern.
Diese Methode mit Kohlenstoffionen wurde nun erstmals von Wissenschaftlern am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt in Zusammenarbeit mit Medizinern und Wissenschaftlern der Mayo Clinic (Minnesota, USA), dem Helmholtzzentrum Dresden-Rossendorf, der Universität Heidelberg, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, dem Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum und der Universität Trento (Italien) in einer Machbarkeitsstudie überprüft und die Ergebnisse im Fachmagazin Scientific Reports der Nature Reihe veröffentlicht.
Nach vorangehenden Tests an Herz-Zellkulturen und an schlagenden Herz-Präparaten mit vielversprechenden Ergebnissen hatten die Wissenschaftler eine Tierstudie ausgearbeitet. „Die neue Methode ist ein großer Schritt in die Zukunft, da sie uns erlaubt, diese Behandlung erstmals komplett ohne Katheter und dennoch zielgerichtet durchzuführen,“ sagt Dr. H. Immo Lehmann, Mediziner und Wissenschaftler der Mayo Clinic und einer der Autoren der Studie. „Die Studie hat gezeigt, dass die Methode erfolgreich dazu genutzt werden kann, Herzgewebe so zu verändern, dass die Ausbreitung störender Impulse dauerhaft unterbrochen wird. Weitere detaillierte Studien sind jedoch nötig, bis die Methode erstmals Patienten zugutekommen wird“, sagt Dr. Christian Graeff, Leiter der Arbeitsgruppe Medizinische Physik bei GSI.
Die Bestrahlung des Gewebes mit Kohlenstoffionen verspricht schonender und potentiell auch wirksamer zu sein als die Behandlung mit Katheter. Sobald die Methode technisch ausgereift ist, wird ein Eingriff nur wenige Minuten dauern, im Vergleich zu den teilweise stundenlangen Kathetereingriffen. Ein wesentlicher Vorteil ist die nicht limitierte Eindringtiefe der Ionen. Da insbesondere die linke Kammerwand des Herzens besonders dick ist, ist eine effektive Verödung mit Kathetern dort oft nicht möglich, obwohl gerade an dieser Stelle besonders schwer betroffene Patienten mit sogenannter Ventrikulärer Tachykardie behandelt werden müssten.
„Es ist beeindruckend, dass der Kohlenstoff-Strahl mit chirurgischer Präzision bei der Behandlung besonders sensibler Organe eingesetzt werden könnte,“ sagt Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von FAIR und GSI. „Der reiche Erfahrungsschatz bezüglich Ionenstrahlen in der Medizin hier bei GSI ist die Grundlage dieser neuen, vielversprechenden Behandlungsmethode“, „Das Wissen über die biologische Wirksamkeit von Kohlenstoffionen und das technologische Know-How für die Bestrahlung von Patienten sind unerlässlich, um eine solche Idee zur Anwendungsreife zu bringen. Wir sind stolz, dass die ersten Schritte hin zu einer neuen Therapie erfolgreich gemeistert wurden.“
Die Wissenschaftler konnten bei der Studie auf viele Technologien zurückgreifen, die ursprünglich für die Krebstherapie mit Ionen entwickelt wurden, die bei GSI erstmals 1997 durchgeführt wurde. Mit der mittlerweile etablierten Therapie wurden in der Krebstherapie weltweit schon viele tausend Patienten behandelt. Weitere Experimente sind in Planung, um eine Umsetzung der Methode beispielsweise am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum erreichen zu können.
Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin "Nature – Scientific Reports" (auf Englisch)
]]>In der 15. Ausgabe unseres Magazins "target" berichten wir über neue Magnete für den FAIR-Ringbeschleuniger und weitere FAIR-Komponenten, die uns erreicht haben. Auch FAIR-Fortschritte bei den Ausschreibungen für die Bautätigkeit und unseren Besuch auf der Immobilienmesse Expo Real haben wir zum Thema. In der Forschung gab es Neuigkeiten bei der Entwicklung von Kernuhren und bei der Spektroskopie schwerer Atomkerne. In unserem Interview berichtet Janina Krieg über ihre Arbeit an topologischen Isolatoren in der Materialforschung, und in unserer Rubrik "GSI stellt sich vor" erfahren Sie mehr über unser langjähriges und sehr erfolgreiches Sommerstudentenprogramm.
Download von "target" – Ausgabe 15, Dezember 2016 (PDF, 4,4 MB)
<link presse target_magazin.htm internal-link internal link in current>Abonnement und target-Archiv
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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie unter: www.gsi.de/wfa
]]>Im „Long Range Plan“ werden regelmäßig die Perspektiven und Ausblicke der europäischen Kernphysik-Community für die nächsten zehn Jahre und darüber hinaus festgeschrieben. Sie werden den europäischen und nationalen Einrichtungen zur Förderung der Wissenschaft als Planungsvorschlag vorgelegt. „Der Long Range Plan gibt der Community die Möglichkeit zu formulieren, wie sich Europa aufstellen sollte, um global führend und auch weiterhin wettbewerbsfähig im internationalen Kontext zu sein“, erläutert die NuPECC-Vorsitzende Professorin Angela Bracco. „GSI und das künftige Beschleunigerzentrum FAIR spielen dabei eine herausragende Rolle.“ Die neuen Forschungsmöglichkeiten am Standort Darmstadt seien einmalig und ließen bahnbrechende neue Erkenntnisse für die Kernforschung erwarten.
Auch Professor Paolo Giubellino, der seit 1. Januar 2017 neuer Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR ist und beim „Town Meeting“ über das FAIR-Projekt berichtet, unterstreicht die herausragende Rolle, die der Standort Darmstadt und FAIR/GSI im Wissenschaftsfeld spielen. „Das FAIR-Projekt baut auf der Exzellenz der GSI auf und garantiert eine zukunftsträchtige Weiterentwicklung mit herausragenden Experimentiermöglichkeiten in der europäischen Forschungslandschaft.
Der NuPECC gehören Mitglieder aus mehr als 20 europäischen Ländern an. Sie vertreten die europäische Kernphysik-Community sowie wichtige Forschungszentren und Förderagenturen. Aufgabe des renommierten Expertenkomitees ist es unter anderem, Ratschläge und Empfehlungen für die Europäische Wissenschaftsstiftung und weitere Gremien zu geben und die Aktivitäten der Kern- und Hadronenphysik in Europa zu koordinieren.
]]>Forschung an Nanomaterialien und Nanotechnologie entwickelt sich weltweit in rasantem Tempo und liefert neue Entdeckungen für Anwendungen in Nanoelektronik, Sensortechnik, Robotik und in Energietechnik und Gesundheitswesen. Der GSI-Beitrag zur Veranstaltung verdeutlichte die einzigartigen Möglichkeiten schwerer Ionen zur Modifikation von Materialeigenschaften und zur Produktion von Mikro- und Nanostrukturen. Beispiele sind etwa mikrofluide Systeme und Polymermembranen mit einzelnen Poren für Biosensoren oder Modellsysteme für Ionenkanäle in Biomembranen. Zahlreiche weitere Partner aus Wissenschaft und Industrie berichteten auf der Veranstaltung über ihre Forschungsergebnisse und Angebote.
Die Veranstaltung wurde von HEPTech gemeinsam mit GSI und in Kooperation mit dem Enterprise Europe Network Hessen organisiert. Sie wurde außerdem vom transnationalen Netzwerk NANORA unterstützt.
]]>Die feierliche Amtseinführung erfolgt am 3. März 2017 im Kongresszentrum Darmstadtium in Darmstadt. Unter anderem werden Dr. Georg Schütte, Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung und Vorsitzender von GSI-Aufsichtsrat und FAIR-Council, und Professor Dr. Otmar Wiestler, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft, sowie Vertreter aus der Politik, den Universitäten und Partner aus den internationalen wissenschaftlichen Kollaborationen an der Veranstaltung teilnehmen.
Der 56 Jahre alte italienische Physiker Professor Dr. Paolo Giubellino tritt als wissenschaftlicher Geschäftsführer die Nachfolge von Professor Dr. Boris Sharkov bei FAIR und von Professor Dr. Karlheinz Langanke bei GSI an. Damit ist die gemeinsame Führungsspitze von GSI und FAIR komplett. Auch Paolo Giubellino übernimmt seine Aufgaben in Personalunion für GSI und FAIR wie zuvor bereits die administrative Geschäftsführerin Ursula Weyrich seit Ende 2014 und der technische Geschäftsführer Jörg Blaurock seit Anfang 2016. Beide freuen sich sehr auf die künftige Zusammenarbeit. Ziel ist es, Spitzenforschung an der bestehenden Anlage durchzuführen und die künftige Beschleunigeranlage FAIR in internationaler Zusammenarbeit zu realisieren.
Nach seinem Studium an der Universität Turin und der University of California in Santa Cruz ist Paolo Giubellino seit 1985 in der Sektion Turin am italienischen nationalen Kernphysikinstitut (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) tätig. Seine Forschungsschwerpunkte sind vor allem die Physik hochenergetischer Schwerionenstöße und die dabei erzeugte Materie. So war er an zahlreichen Schwerionenexperimenten am europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz beteiligt. Beim dortigen ALICE-Experiment hat er seit Anfang der 1990er Jahre verschiedene verantwortliche Positionen übernommen. Von 2011 bis Ende 2016 war Giubellino gewählter Sprecher von ALICE bei CERN. Außerdem wird er künftig auch eine Professur an der TU Darmstadt übernehmen.
]]>Inzwischen sind sowohl der lokale Beschleuniger, mit dem der Ring autark laufen kann, als auch die Strahlführung vom ESR zum CRYRING komplett und haben beide bereits erfolgreich Ionenstrahlen auf die ersten Diagnosestationen im CRYRING transportiert. Die Inbetriebnahme des Rings hatte im Sommer 2016 begonnen. Ein Team aus GSI-Beschleunigermannschaft, GSI-Forschungsabteilung Atomphysik und der Experimentkollaboration SPARC hat zunächst erfolgreich den Strahltransport vom Experimentierspeicherring ESR der GSI zum ersten FAIR-Speicherring CRYRING getestet. Hierzu wurden während des vergangenen GSI-Strahlzeitblocks völlig ionisierte Kohlenstoff-Ionen (C6+-Ionen) aus dem ESR extrahiert und die Partikel auf die erste Diagnosestation im CRYRING geleitet. Die angepasste Strahlführung vom ESR zu Cave B, in dem der CRYRING aufgebaut wurde, war voll funktionsfähig einschließlich eines neuen Septummagneten im CRYRING. Weiterhin konnten neue Strahldiagnosegeräte und FAIR-Standard Kontrollhardware und -software im tatsächlichen Strahlbetrieb getestet werden.
Ein zweiter Strahlzeitblock folgte im Oktober/November. Darin wurde ein Strahl aus Wasserstoffgas-Ionen (H2+) aus der lokalen Quelle mit 300 keV/u in den Ring eingeschossen und nach einem Ringumlauf von den Diagnosesystemen nachgewiesen. Damit ist der erste Umlauf komplett und alle wesentlichen Elemente haben ihre Funktion demonstriert.
Als nächster Schritt wird nun das benötigte ultrahohe Vakuum vorbereitet. Im kommenden Jahr sollen die verbleibenden Ringinstallationen in Betrieb genommen werden, insbesondere der Elektronenkühler. Ab 2018, wenn die GSI-Beschleuniger ihren Betrieb wiederaufnehmen werden, wird der CRYRING seine ersten Experimente mit langsamen hochgeladenen Ionen durchführen können. Zusammen mit anderen FAIR-Kollaborationen bereitet die SPARC-Experimentkollaboration viele neue Experimente zu Prozessen in Atomen und Kernen, in Materialwissenschaften und biomolekularer Physik mit langsamen hochgeladenen Ionen vor.
Der integrierte Realisierungsplan, in dem Hoch- und Tiefbau, Beschleunigerentwicklung und -bau sowie die wissenschaftlichen Experimente eng aufeinander abgestimmt sind, stieß bei den Gesellschaftern auf große Zustimmung. Die Planung sieht einen Vollbetrieb der neuen Beschleunigereinrichtung, die mit dem bestehenden GSI-Campus direkt verbunden ist, im Jahr 2025 vor. Die Arbeiten im Hoch- und Tiefbau sollen im Sommer 2017 beginnen und Ende 2022 im Wesentlichen abgeschlossen sein. Nach der Errichtung der neuen Gebäude beginnt der Einbau der hochmodernen Beschleuniger- und Experimentieranlagen.
Die neun Partnerländer, die gemeinsam mit Deutschland die neue Großforschungseinrichtung tragen, zeigten sich von der Ablaufplanung ebenso überzeugt wie von der konkreten Ausarbeitung des wissenschaftlichen Programms an FAIR durch die Experimentkollaborationen. Dies gilt auch für die Fortschritte in der technischen Entwicklung und Realisierung von Detektorkomponenten für die Experimente.
FAIR-Council und GSI-Gesellschafterversammlung hatten bereits in den vorangegangenen Sitzungen im Juli dieses Jahres die Neuaufstellung in der Organisation und die Schaffung einer eigenen Projektstruktur für die Realisierung von FAIR als Meilensteine für die Zukunft gewürdigt. Seither hat das Management in Darmstadt weiter intensiv an Ausrichtung und Rahmenbedingungen des FAIR-Projekts gearbeitet. Zudem wurde inzwischen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Freigabe für den Beginn der Baumaßnahmen zur Realisierung der FAIR-Anlage gegeben. Seit September 2016 sind die ersten Leistungen für Aushub und Verbau, seit Ende November die Arbeiten für den Bau des großen Ringtunnels europaweit ausgeschrieben.
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
]]>Die Veranstaltungsreihe "Saturday Morning Physics" ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Der Besuch bei FAIR und GSI ist die einzige Exkursion, die innerhalb der Reihe stattfindet. GSI zählt bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den zahlreichen Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes.
Webseite von Saturday Morning Physics: https://www.satmorphy.de/
]]>Man unterscheidet zwischen schneller und langsamer Extraktion. Bei der schnellen Extraktion wird der gesamte Strahl mittels eines so genannten Kickers binnen einer Millionstel Sekunde aus dem Ring heraus ge’kicked‘, um z.B. in einen der anschließenden Speicherringe transferiert zu werden. Dagegen werden bei der langsamen Extraktion die im Ring umlaufenden Ionen über mehrere Sekunden mit möglichst konstanter Intensität ausgelenkt. Diese Art der Extraktion wird zum Beispiel für die FAIR-Experimente R3B und CBM benötigt.
Geliefert wurde der neue Resonanz-Sextupolmagnet von der dänischen Firma Danfysik, fünf weitere werden folgen. Jeder Magnet ist rund 1,6 Tonnen schwer, dabei rund 70 mal 80 Zentimeter lang, und besteht aus drei Nord- und drei Südpolen. Die sechs Magnete werden in den sechs Abschnitten des Beschleunigerrings eingebaut und ermöglichen über die Methode der so genannten Resonanz-Extraktion eine langsame und kontinuierliche Extraktion des Ionenstrahles aus dem SIS100. Bei diesem Vorgang werden nach Erreichen der gewünschten Strahlenergie die im Ring umlaufenden Teilchen zu resonanten, horizontalen Schwingungen um ihre Sollbahn angeregt. Dazu wird – unter anderem – die nicht-lineare Fokussierung der entsprechend programmierten sechs Resonanz-Sextupolmagnete eingesetzt. „Innerhalb weniger Umläufe gewinnen die Teilchen an Schwingungs-Amplitude, um schließlich durch das elektrostatische Septum aus dem SIS100 herausgelenkt zu werden“, erläutert Peter Spiller, Teilprojektleiter bei GSI, der für den Bau des Ringbeschleunigers SIS100 verantwortlich ist. Auf diese Weise ermöglichen die Resonanz-Sextupolmagnete ein Abschälen des Teilchenstrahles und damit die Extraktion eines über mehrere Sekunden dauernden Teilchenstroms für die Experimente.
„Inzwischen ist der erste Resonanz-Sextupolmagnet im Magnetfeld-Messstand auf dem Gelände des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung geprüft“, erläutern die Arbeitspaketleiter Carsten Mühle und Peter Rottländer. Danach kann die Serienfreigabe erfolgen. Peter Spiller hofft auf eine zügige Lieferung der übrigen Magnete: „Die Resonanz-Sextupolmagnete sind wichtige Komponenten des SIS100-Rings und essentiell für die Durchführung des FAIR-Forschungsprogramms.“
]]>Bei einem Rundgang und einem Gespräch mit der Geschäftsführung konnte der Minister einen Einblick gewinnen in die aktuelle Entwicklung bei GSI und FAIR. Die Realisierung des FAIR-Beschleunigerzentrums nimmt Fahrt auf: FAIR und GSI werden in Kürze mit der konkreten Vergabe von Bauaufträgen etwa für den Tunnel des rund 1,1 Kilometer umfassenden, unterirdischen Ringbeschleunigers sowie für weitere Gebäude und Infrastrukturen beginnen.
Kultusminister Alexander Lorz zeigte sich sehr interessiert am Fortgang des FAIR-Projekts, einem der größten Vorhaben für die Spitzenforschung weltweit. Das Land Hessen ist einer der Gesellschafter von GSI und darüber hinaus stark an der Finanzierung von FAIR beteiligt. Darüber hinaus unterstützt das Land Hessen über Programme wie beispielsweise die LOEWE-ExzellenzInitiative die Beteiligung der hessischen Universitäten an der Forschung und der Technologieentwicklung für FAIR.
In mehreren Themenwochen stellt die Hessische Landesregierung derzeit Schwerpunktprojekte vor. Bis Mitte Dezember besuchen Mitglieder des Kabinetts Projekte aus den Bereichen Sicherheit, Bildung und Wissenschaft. Gestartet wurde Mitte Oktober mit dem Themenkomplex Sicherheit, gefolgt vom Bereich Bildung, nun steht das Thema Wissenschaft auf dem Programm. Um die besondere Bedeutung der Bereiche Wissenschaft und Forschung für Hessen zu verdeutlichen, informieren sich die Ministerinnen und Minister während der Schwerpunkt-Wochen in ausgewählten Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Eine Station dabei war nun GSI/FAIR.
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
Grußworte sprachen Professor Gerhard Kraft, der Initiator der Krebstherapie mit Ionenstrahlen und Begründer der biophysikalischen Forschungsabteilung bei GSI, sowie Professor Karlheinz Langanke, der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI. Zuvor hatte Dr. Dieter Schardt, Vorsitzender des Fördervereins, die Teilnehmer begrüßt. Den Festvortrag hielt Professor Rita Engenhart-Cabillic von der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie, Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH.
In ihrer Masterarbeit an der Ludwig-Maximilians-Universität München (Betreuerin: Professorin Katia Parodi) hat Bianca Berndt CT-Daten von Patienten in der Protonentherapie analysiert. Sie setzte dafür im Rahmen ihrer Masterarbeit zum Thema „DECT-basierte Gewebesegmentierung als Grundlage für Monte Carlo Simulationen zur Verifikation von Protonenbestrahlung mit Hilfe von PET-Bildgebung“ eine spezielle Computertomografie-Methode ein, um sowohl die Dichte als auch die Elementzusammensetzung des Gewebes zu analysieren. Ziel ist es, mit ihren Untersuchungen die Genauigkeit der Dosisüberprüfung mittels PET beim Patienten zu verbessern.
In ihrer Dissertation an der TU Darmstadt (Betreuer: Professor Marco Durante) hat Dr. Marta Rovituso Untersuchungen im Hinblick auf einen möglichen Einsatz von Helium-Ionenstrahlen in der Tumortherapie durchgeführt. 4He-Ionenstrahlen könnten beim Einsatz in der Tumortherapie eine gute Erweiterung der Behandlungsmöglichkeiten zwischen Protonen- und Kohlenstoff-Ionen darstellen. Mit ihrer Arbeit „Fragmentierung und laterale Streuung von 120 und 200 MeV/u 4He-Strahlen in Wassertargets“ hat Marta Rovituso die physikalischen Eigenschaften von 4He-Ionenstrahlen in dem für die Therapie relevanten Energiebereich zwischen 120 und 200 MeV/u untersucht. Damit konnte die Lücke der experimentellen Messdaten in diesem Energiebereich gefüllt werden, zudem konnten genaue Daten zum Benchmarking von Monte-Carlo-Simulationen bereitgestellt werden.
Dr. Maria Saager hat sich in ihrer Dissertation an der Universität Heidelberg (Betreuer: Professor Christian Karger) mit der „Bestimmung der relativen biologischen Wirksamkeit von Kohlenstoff-Ionen im zervikalen Rückenmark der Ratte“ befasst und zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Schwerionentherapie im Normalgewebe des Zentralen Nervensystems (ZNS) relativ zu einer Photonen-Bestrahlung beigetragen. Das ZNS stellt in der Kohlenstofftherapie eines der kritischsten Risikoorgane dar. Für die Sicherheit der Patienten ist die genaue Berechnung der Relativen Biologischen Wirksamkeit (RBW) mit Hilfe des Local Effect Modells von entscheidender Bedeutung. Mit der vorliegenden Studie wurde eine umfangreiche Datenbasis etabliert, mit der die in der Bestrahlungsplanung verwendeten RBW-Modelle validiert werden können. Außerdem wurde die abschwächende Wirkung eines ACE-Hemmers zum Schutz des gesunden ZNS-Gewebes untersucht.
Das Preisgeld beträgt für die Masterarbeit 750 Euro und für die Dissertationen jeweils 1500 Euro. Benannt ist die Auszeichnung, die in diesem Jahr zum 18. Mal verliehen wird, nach Christoph Schmelzer, dem Mitbegründer und ersten Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI. Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, in dem die Schwerionentherapie in Deutschland in den 1990er Jahren bis zur klinischen Reife entwickelt wurde, bietet traditionell den passenden Rahmen für die jährliche Festveranstaltung.
Der Verein zur Förderung der Tumortherapie fördert Aktivitäten im Rahmen des Forschungsprojekts „Tumortherapie mit schweren Ionen" bei GSI mit dem Ziel, durch Weiterentwicklung des Systems 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 Patienten mit Tumoren, in der Regel im Kopf, mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen zum Teil bei über 90 Prozent und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten seit 2009 routinemäßig mit schweren Ionen behandelt. Am 11. November 2015 wurde das Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum eröffnet und damit eine zweite große Therapie-Anlage mit 12C-Ionen und Protonen in Deutschland in Betrieb genommen.
]]>Die Ehrung ist eine Anerkennung des Erfolgs und der Wichtigkeit der langjährigen wissenschaftlichen Kooperation zwischen dem Institute of Modern Physics (IMP) in Lanzhou, China, und GSI. IMP-Vizedirektor Hongwei Zhao übergab das Zertifikat während der Besuche der Preisträger in China im Juli und August 2016.
Die Kollaboration von CAS und GSI hat eine lange Tradition und deckt Beschleunigerphysik und Forschungsfelder wie Atom-, Kern- und Astrophysik sowie Materialforschung ab. Beide Institute betreiben Schwerionenbeschleuniger und planen Beschleuniger der nächsten Generation, FAIR in Darmstadt und HIAF in Huizhou.
]]>Was passiert beim Lösen einer chemischen Bindung? Wie koppeln einzelne Atome zu einem Molekül aneinander und voneinander ab? Das Verständnis der Dynamik chemischer Prozesse wird oft als „Heiliger Gral“ der physikalischen Chemie bezeichnet; versteht man die Vorgänge, hat man die Grundlage dafür, solche Bindungen zu beeinflussen und vielleicht völlig neue Stoffe zu designen.
Zur präzisen Beobachtung solcher chemischen Prozesse braucht man Hochgeschwindigkeitskameras mit höchster Zeit- und Ortsauflösung wie den Röntgenlaser European XFEL, der gerade in der Metropolregion Hamburg gebaut wird und einzelne Moleküle und Atome sichtbar machen wird. Zur wissenschaftlichen Beobachtung des Brechens chemischer Bindungen kleiner Moleküle reicht aber auch ein Laser für kurzwelliges Ultraviolett-Licht aus, in Kombination mit einem für Synchrotron- und Röntgenlaserexperimente entwickelten Koinzidenz-Detektor.
In ihren Untersuchungen beschossen die Helmholtz-Wissenschaftler Iodmethan-Moleküle (CH3I), die aus einem Iodatom und einer Methylgruppe (CH3) bestehen, mit kurzen hochintensiven XUV-Pulsen. Durch das Licht wurde die Bindung zwischen Iod und Methylgruppe zerbrochen; die Fragmente der Moleküle wurden in einem Spektrometer aufgefangen und vermessen. Hieraus lassen sich die Umordung der Elektronen im angeregten Molekül und die folgenden induzierten chemischen Prozesse ableiten.
Basis der Experimente war ein table-top-Lasersystem für Licht im sogenannten extremultravioletten Bereich (XUV). Der am Helmholtz-Institut Jena entwickelte Laser produziert sehr kurze und hochintensive XUV-Pulse, indem zunächst ein Infarot-Laserlichtpuls in einer Lichtleiterfaser stark verstärkt wird und anschließend ungeradzahlige Vielfache der ursprünglichen Laserfrequenz erzeugt werden. Für diese Experimente wurde die Wellenlänge von etwa 18 Nanometern dieser sogenannten höheren harmonischen Frequenzen mittels spezieller Optiken ausgekoppelt und im Experiment genutzt.
„Das XUV-Lasersystem produziert Lichtblitze mit 1 Million Photonen, die nur 30 Femtosekunden lang sind, mit einer Pulsrate von bis zu 100 Kilohertz“, erklärt Prof. Jens Limpert. Dr. Jan Rothhardt, der den Laser mitentwickelt hat, sagt: „Die Kombination aus hohem Photonenfluss und sehr hoher Wiederholrate bei sehr guter Stabilität qualifiziert das System im Prinzip, um Nutzerexperimente für chemische Dynamiken durchzuführen.“
Die Art der Puls-Erzeugung durch höhere Harmonische bietet einen quasi eingebauten Vorteil: Man kann mit einem Lichtblitz, der im Laser erzeugt wird, eine chemische Reaktion anstoßen, um sie nach fest einstellbarer Zeit mit einem im selben Laser erzeugten XUV-Blitz zu untersuchen. „Die Verzögerung des zweiten Blitzes ist mit hoher Präzision einstellbar“, so Rothhardt. In dieser ersten Serie von Experimenten wurde diese „pump & probe“-Technik noch nicht eingesetzt; sie wurde aber schon getestet und ist für Folgeexperimente eingeplant.
Zweite wichtige Komponente der Experimente war eine komplexe Proben- und Detektorkammer, die für den Einsatz an Freie-Elektronen-Lasern (FEL) entwickelt worden ist und bereits an DESYs Beschleunigern FLASH und PETRA III im Einsatz war. In dieser CAMP-Experimentierkammer, von der Arbeitsgruppe Daniel Rolles an FLASH betrieben, wird die Probe in einem dünnen Strahl mit Überschallgeschwindigkeit in den Lichtstrahl geschossen. In der Interaktion mit dem XUV-Licht werden die Moleküle zerstört, und die Eigenschaften der davonfliegenden Fragmente in einem eingebauten Spektrometer mit hoher Präzision vermessen. Durch Koinzidenzmessungen können die aufgefangenen Bruchstücke ihrem Ursprungsmolekül zugeordnet werden, und aus der präzisen Charakterisierung der Bausteine kann der Verlauf des Bruchs der Bindung zeitaufgelöst entschlüsselt werden. „Mit dem Zusammenfließen der experimentellen und wissenschaftlichen Möglichkeiten aus Jena und Hamburg eröffnen wir neue Möglichkeiten in der Beobachtung chemischer Dynamiken“, sagt der Initiator der Experimente, DESY-Wissenschaftler Prof. Jochen Küpper, der auch dem Center for Free-Electron Laser Science und dem Hamburger Centre for Ultrafast Imaging der Universität Hamburg angehört. DESY-Forscher Tim Laarmann fährt fort: „Im nächsten Schritt werden wir mit dem Aufbau Pump-Probe-Experimente durchführen. Im Prinzip sollten mit diesem Aufbau sogar noch wesentlich höhere Zeitauflösungen von unter einer Femtosekunde möglich sein und wir so schnellste Elektronenbewegungen in komplexen Molekülen sichtbar machen können.“
Wenn Sie den DIN A2-großen Kalender von FAIR und GSI bestellen möchten, wenden Sie sich bitte direkt per E-Mail an Kalender(at)gsi.de und wir senden Ihnen den Kalender umgehend per Post zu. Vergessen Sie dabei nicht, Ihren Namen, Ihre Adresse und die Anzahl der Kalender anzugeben. GSI- und FAIR-Mitarbeiter können sich ein Exemplar im Foyer, Hauptlager oder Eingangsbereich KBW abholen.
Bitte haben Sie dafür Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal drei Kalender (solange der Vorrat reicht) versendet werden können.
]]>Ziel der Promotionsarbeit von Dr. Ingo Tews war es, Neutronensterne und neutronenreiche Atomkerne besser zu verstehen. In Neutronensternen ist die Materie so stark komprimiert, dass die extremen Bedingungen systematische Berechnungen der Zustandsgleichung von neutronenreicher Materie erfordern. Dazu gelang es Herrn Tews zum ersten Mal Quanten-Monte-Carlo-Simulationen basierend auf modernsten effektiven Feldtheorien der Starken Wechselwirkung durchzuführen. Seine Ergebnisse werden in der Fachwelt als Meilenstein angesehen.
„Ich freue mich sehr über diese tolle Auszeichnung und fühle mich geehrt, dass ich den FAIR-GSI-Doktorandenpreis für meine Arbeit erhalten habe. Stark wechselwirkende Systeme unter extremen Bedingungen sind ein spannendes Forschungsfeld, zu dem ich mit meinen Ergebnissen beitragen kann“, sagte Ingo Tews, der zunächst an der Technischen Universität Darmstadt Physik studierte und anschließend dort bei Professor Achim Schwenk seine Doktorarbeit schrieb. Gegenwärtig forscht Herr Tews am renommierten National Institute for Nuclear Theory in Seattle in den Vereinigten Staaten.
„Die Ergebnisse sind besonders faszinierend, da die Physik rund um neutronenreiche Kerne und Neutronensterne einer der Forschungsschwerpunkte der neuen Beschleunigeranlage FAIR ist“, sagte Professor Karlheinz Langanke, Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI. „Die hervorragenden Forschungsmöglichkeiten an der GSI-Beschleunigeranlage und die Entwicklung von FAIR locken viele junge Wissenschaftler aus aller Welt zur GSI. Sie leisten mit ihren innovativen Ideen wichtige Beiträge zur Entwicklung der neuen Beschleuniger und Detektoren.“
Dr. Ulrich von Hülsen, Mitglied der Geschäftsleitung der Pfeiffer Vacuum, gratulierte dem Preisträger für sein wissenschaftliches Engagement: „Wissenschaftliche Arbeiten finden bei Pfeiffer Vacuum hohe Anerkennung. Wann immer wir, Pfeiffer Vacuum, mit Vakuum-Know-how Forschungsarbeit unterstützen können, sind wir mit Engagement und Zuverlässigkeit gerne zur Stelle.“
Pfeiffer Vacuum und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung verbindet eine langjährige Partnerschaft. Vakuumlösungen von Pfeiffer Vacuum werden dort seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt.
Der FAIR-GSI-Doktorandenpreis wird jährlich für die beste Doktorarbeit ausgeschrieben. Teilnahmeberechtigt ist, wer im vorangegangenen Jahr promoviert worden ist und 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 über 300 Doktorandinnen und Doktoranden im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) an ihren Promotionsarbeiten an GSI und FAIR.
]]>Die Ausstellung spannt einen zeitlichen Bogen, der Historie, Gegenwart und Zukunft verbindet, und rückt dabei Innovationen von Frauen in den Mittelpunkt. Hierbei werden aus dem historischen Blickwinkel Erfindungen und Patentanmeldungen von Frauen beleuchtet. Bei einigen dieser Erfindungen wird auch der Bezug zur Gegenwart aufgezeigt. Nach dem Besuch der Ausstellung bleiben primär die Erfindungen in den Köpfen der Zuschauerinnen hängen, mit dem zusätzlichen Wissen: "Das wurde von einer Frau erfunden."
Des Weiteren findet am Mittwoch, dem 9. November 2016, um 14 Uhr der Vortrag "Löcher, Drähte und Patente – Entwicklungen aus der Ionenstrahl-Nanotechnologie" von Christina Trautmann und Maria Eugenia Toimil-Molares, beide GSI, im Rahmen der Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" statt. In dem Vortrag werden Erfindungen vorgestellt, die aus dem Bereich der Materialforschung bei GSI und FAIR entstanden sind. Auch im Anschluss an die Vortragsveranstaltung ist eine Besichtigung der Ausstellung möglich.
Organisiert wird die Ausstellung durch das Gleichstellungsgremium von FAIR und GSI sowie die Gruppe für Technologietransfer, unterstützt durch die Blumbach, Zinngrebe Patent-und Rechtsanwälte GbR sowie die TransMIT Gesellschaft für Technologietransfer mbH.
"Patente Frauen"
Ausstellung des Netzwerks Frauen.Innovation.Technik der Hochschule Furtwangen
im KBW-Foyer auf dem FAIR/GSI-Campus, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt
Öffnungszeiten: 1.–4. November 2016, 15–17 Uhr
Bitte halten Sie für den Einlass ein Ausweisdokument bereit.
Insgesamt werden für AVA von der EU ab Januar 2017 Mittel in Höhe von knapp 4 Millionen Euro für einen Zeitraum von vier Jahren zur Verfügung gestellt, berichtet der Sprecher des Netzwerks AVA, Carsten Welsch von der University of Liverpool. Ziel ist die Ausbildung junger Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen für die Niederenergie-Antiprotonenphysik an CERN und FAIR, dem neuen Beschleunigerzentrum, das derzeit bei GSI entsteht.
Auf Seiten der GSI – dorthin fließt ein Betrag von rund 500.000 Euro, etwa 13 Prozent der Gesamtsumme – ist die Abteilung Atomphysik zusammen mit den Experten im Bereich Strahldiagnose federführend beteiligt. Hier sollen zum einen Fallentechnologien, die sich auch für Antiprotonen eignen, mit Ionen entwickelt werden. Zum anderen soll die Entwicklung kryogener Stromkomparatoren vorangetrieben werden, ein Vorhaben, zu dem auch das Helmholtz-Institut Jena, eine Außenstelle der GSI, zusammen mit dem Institut für Festkörperphysik der Universität Jena wesentliche Beiträge liefert.
Diese Systeme sollen bereits am schon existierenden CRYRING zum Einsatz kommen und künftig bei FAIR als Standardtechnik zur Diagnose von Strahlströmen dienen.
Der so genannte CRYRING ist ein Beitrag Schwedens zu FAIR, der im Jahr 2013 aus Stockholm zu GSI transportiert wurde. Er wurde in Kooperation mit GSI zunächst für Experimente und Maschinentests an der bestehenden GSI-Beschleunigeranlage aufgebaut. Es ist geplant, ihn langfristig für die atomphysikalische Forschung mit langsamen Antiprotonen an FAIR einzusetzen.
Antiprotonen, die mit niedrigen Energien in Speicherringen oder Fallen gefangen gehalten werden, sind wichtig für die Erforschung grundlegender Fragen, etwa zu fundamentalen Wechselwirkungen oder zur statischen Struktur antiprotonischer Atome, sowie für Schwerkraftexperimente.
Für den Sprecher des EU-geförderten Netzwerks AVA, Carsten Welsch, ist GSI/FAIR vertrautes Terrain: Von 2007 bis 2012 hat er über das Helmholtz-Förderprogramm für junge Spitzenforscher eine Nachwuchsgruppe bei GSI und an der Universität Heidelberg geleitet. Schon da hatte er das Arbeiten in Netzwerken aktiv betrieben: Aus seiner Helmholtz-Nachwuchsgruppe heraus ist inzwischen die Gruppe „Quantum Systems and advanced Accelerator Research (QUASAR)“ entstanden, eine gesamteuropäische Forschungsgruppe, die sich mit der Entwicklung und experimentellen Nutzung von Teilchenbeschleunigern und Strahlungsquellen befasst. Ein Ziel ist es, Beschleunigerphysik international in Forschung und universitärer Lehre zu etablieren.
Das AVA Projekt wird durch das Horizon 2020 Research and Innovation Programme der EU im Rahmen des Marie Skłodowska-Curie Vertrags Nummer 721559 gefördert.
Der 28 Jahre alte Physiker Stefan Diehl hat den Preis, der mit 200 Euro Preisgeld sowie einem Zertifikat dotiert ist, für seine Dissertation zum Thema „Optimization of the Influence of Longitudinal and Lateral Non-Uniformity on the Performance of an Electromagnetic Calorimeter“ erhalten. Betreuer der Promotion waren Professor Dr. Kai-Thomas Brinkmann und Dr. Rainer Novotny von der Justus-Liebig-Universität Gießen.
Der PhD-Preis wird seit 2013 einmal jährlich von der PANDA-Kollaboration für die beste Dissertation verliehen, die im Rahmen des PANDA-Experiments erstellt wurde. PANDA ist eines der Schlüsselexperimente am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR, im Mittelpunkt stehen die Forschung mit Antimaterie sowie verschiedenen Themen rund um die schwache und die starke Kraft, exotische Zustände von Materie und die Struktur von Hadronen. In der Kollaboration arbeiten mehr als 500 Wissenschaftler aus 17 Ländern zusammen. Dr. Stefan Diehl beschäftigt sich in seiner Dissertation mit dem Elektromagnetischen Kalorimeter (EMC), einem zentralen Bestandteil des PANDA-Detektors, der an der FAIR-Beschleunigeranlage zur Messung von Photonen und Elektronen aufgebaut wird.
Kandidaten für den PhD-Preis werden von ihrem jeweiligen Doktorvater nominiert, Voraussetzung ist neben einem direkten Bezug zur PANDA-Forschung die Bewertung der Promotion mit mindestens „sehr gut“. Bis zu drei Kandidaten kommen in die engere Auswahl und dürfen ihre Arbeit beim PANDA-Kollaborationsmeeting präsentieren. Die Entscheidung erfolgt durch ein von der Kollaboration benanntes Komitee. Mit dem PhD-Preis möchte die Kollaboration die Beiträge von Studenten zum PANDA-Projekt besonders würdigen.
Die frisch gekürten Nobelpreisträger David Thouless, Duncan Haldane und Michael Kosterlitz können die Auszeichnung für ihre Forschungen zur theoretischen Beschreibung und Vorhersage exotischer Materiezustände entgegen nehmen. Seit ihrer Formulierung begeben sich Generationen von Wissenschaftlern auf die erfolgreiche Suche nach diesen neuen exotischen Materialien. So auch die Abteilung Materialforschung der GSI. Die Wissenschaftler dort verwenden den Ionenstrahl des GSI-Linearbeschleunigers UNILAC, um diese Materialien auf kleinsten Skalen herzustellen und ihre besonderen Eigenschaften zu untersuchen.
Dabei geht es um sogenannte Topologische Isolatoren. Das sind Materialien, die eigentlich isolieren, aber an ihrer Oberfläche dennoch Strom leiten. Da dies in einer extrem dünnen Schicht, nur eine Atomlage dick, geschieht, werden die für den Strom verantwortlichen Elektronen weniger gestreut und können fast widerstandsfrei fließen. Außerdem ist der Spin der Elektronen, welcher zwei Werte – "up" oder "down" – annehmen kann, an die Fließrichtung der Elektronen gekoppelt. Findet man einen Weg, diesen Spin zu manipulieren, so eröffnen sich neue Möglichkeiten, um Informationen zu übertragen.
Im Rahmen ihrer Promotionsarbeit in der Abteilung Materialforschung der GSI beschäftigt sich Janina Krieg mit dem Topologischen Isolator Bismut-Tellurid, den sie in Form von Nanodrähten herstellt, die nur ein Zehntausendstel so dick sind wie ein Haar. Durch Aufbringen winziger elektrischer Kontakte kann eine Spannung an einen einzelnen Nanodraht angelegt werden. Setzt man diesen zusätzlich einem extrem starken Magnetfeld aus (250.000 Mal so stark wie das Erdmagnetfeld), kann die exotische Oberfläche untersucht werden. Dieses Verständnis ist ein wichtiger Teilschritt auf dem Weg zur Realisierung energieeffizienterer Elektronik und zu Anwendungen wie beispielsweise Quantencomputern.
„Das künftige Beschleunigerzentrum FAIR konnte sehr erfolgreich als attraktives Bauprojekt positioniert werden“, lautet das Resümee von Jörg Blaurock, dem technischen Geschäftsführer von FAIR und GSI. „Das FAIR-Projekt mit seiner komplexen Baustruktur und dem Ineinandergreifen zahlreicher Einzelgewerke bei den anstehenden Hoch- und Tiefbauarbeiten stieß auf großes Interesse der Messebesucher.“ Zudem sei ein solches wissenschaftliches Megaprojekt äußerst reizvoll für das Portfolio eines Bauunternehmens, das habe sich in einer ganzen Reihe von Einzelgesprächsterminen und intensiven Dialogen am Messestand bereits gezeigt. „Wir konnten mit umfassenden, kompetenten Informationen und guter Vorbereitung überzeugen und wichtige Kontakte knüpfen.“
Klaus Ringsleben, Chairman im FAIR Building Advisory Committee, war ebenfalls sehr zufrieden mit der Resonanz: „Die Messetage boten durch die Präsenz vieler Entscheidungsträger und zentraler Akteure des Bausektors eine hervorragende Plattform, um das Projekt in der Baubranche vorzustellen und aktiv zu bewerben.“ Die Expo Real sei eine Leitveranstaltung der gesamten Branche. „Potenzielle Auftragnehmer konnten sich über unser wissenschaftlich und technisch außergewöhnliches Bauvorhaben und eine mögliche Beteiligung am Bau eingehend informieren. Wir haben mit unserem Messeauftritt eine hervorragende Visitenkarte abgegeben und konnten die Faszination FAIR gut vermitteln.“
Die Fachmesse Expo Real zählt mit rund 40.000 Besuchern jedes Jahr zu den wichtigsten europäischen Branchentreffen für Immobilien, Bauen und Standortmarketing. Das FAIR-Projekt war dabei mit seinem eigenen Auftritt eingebunden in den Stand der Wissenschaftsstadt Darmstadt als Teil der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main. Neben dem dichten Terminprogramm für Einzelgespräch und persönlichen Kontaktaufbau gab es auch öffentliche Messeveranstaltungen rund um FAIR. So war eine Gesprächsrunde zum Thema „Megaprojekt aktuell – Der Forschungsbeschleuniger FAIR“ in der Veranstaltungsarena der Metropolregion prominenter Teil des Messeprogramms. Die wissenschaftliche Einmaligkeit von FAIR als Forschungsbeschleuniger der Zukunft unterstrich außerdem der Wissenschaftliche Geschäftsführer der GSI, Professor Karlheinz Langanke, in einem öffentlichen Impulsvortrag bei einer gemeinsamen Veranstaltung mit der Wissenschaftsstadt Darmstadt und der Region zum Thema „Wissenschaft, Forschung und Entwicklung – Bildung als Standortfaktor".
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
Von den meisten der heute 118 bekannten Elemente sind die Energiespektren bekannt. Die Elemente jenseits von Fermium, die sogenannten Transfermium-Elemente, mit mehr als 100 Protonen im Kern und der entsprechend gleichen Zahl von Elektronen in der Elektronenhülle entziehen sich jedoch bisher den experimentellen Untersuchen. Doch gerade die relativistischen Effekte, ausgelöst durch die hohen Geschwindigkeiten, mit denen sich die Elektronen um Atomkerne mit einer derart hohen Protonenzahl bewegen, und auch die Wechselwirkungen zwischen den zahlreichen Elektronen bestimmen maßgeblich die innere Struktur der Atome. Wie alle Transfermium-Elemente ist auch Nobelium experimentell nur sehr schwer zugänglich. Es kommt in der Natur nicht vor und lässt sich nur künstlich und in geringen Mengen erzeugen. Daher sind seine Eigenschaften und die innere Struktur weitestgehend unbekannt.
Mit einer hochempfindlichen Methode, die am Institut für Physik und dem Institut für Kernphysik der Universität Mainz in der Arbeitsgruppe von Professor Hartmut Backe und Dr. Werner Lauth seit Anfang der 90er Jahre entwickelt wurde, ist es den Forschern nun erstmals gelungen, atomare Anregungszustände in Nobelium nachzuweisen und zu charakterisieren. „An der GSI-Beschleunigeranlage haben wir durch den Beschuss dünner Blei-Folien mit Kalzium-Projektilen die Atomkerne der Reaktionspartner zu dem Isotop Nobelium-254 verschmolzen. Am bei GSI betriebenen SHIP-Separator haben wir anschließend die Nobelium-Isotope isoliert und so eine Bestrahlung mit Laserlicht ermöglicht“, beschreibt Professor Michael Block, Leiter der Abteilung Superschwere Elemente Physik am GSI Helmholtzzentrum und der Sektion Superschwere Elemente Physik am HIM, das Experiment. Die Energieabstände in der Elektronenhülle ermittelt das Team durch Variation der Energie des eingestrahlten Laserlichts. Passt der Abstand, wird das Laserlicht absorbiert und ein Elektron aus dem Atom entfernt, wodurch das Atom zum positiv geladenen Ion wird. Dieses Ion wird anschließend anhand seines radioaktiven Zerfalls eindeutig nachgewiesen. „Der Experimentaufbau ist so sensitiv, dass für die Durchführung unserer Untersuchungen eine Erzeugungsrate von wenigen Atomen pro Sekunde ausreichend ist. Dabei existieren die radioaktiven Nobelium-Atome gerade mal 50 Sekunden, bevor sie wieder zerfallen“, sagt Dr. Mustapha Laatiaoui, GSI-Wissenschaftler und Leiter des Experiments.
Nachdem der erste atomare Übergang in Nobelium-254 bestimmt wurde, konnten die Untersuchungen sogar auf das kurzlebigere Isotop Nobelium-252 ausgedehnt werden, das nur mit einer fünffach geringeren Produktionsrate als Nobelium-254 erzeugt werden kann. Die Messung der Energieverschiebung eines atomaren Übergangs zwischen verschiedenen Isotopen liefert Informationen über die Größe und Form der jeweiligen Atomkerne.
Mit dem Experiment ist es erstmals gelungen, Untersuchungen der atomaren Struktur eines Transfermium-Elements am Beispiel Nobelium (Z= 102) mittels Laserspektroskopie durchzuführen. Die extrem hohe Präzision, mit der die Energien der atomaren Zustände in Laser-Experimenten gemessen werden können, liefert die Basis für weitergehende theoretische Arbeiten und eröffnet neue Perspektiven für zukünftige Präzisionsexperimente zur Messungen atomarer und nuklearer Eigenschaften instabiler Atomkerne im Bereich der superschweren Elemente.
Die Experimente wurden gemeinsam von Wissenschaftlern des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des Helmholtz-Instituts Mainz, der Technischen Universität Darmstadt (Deutschland), der KU Leuven (Belgien), der Universität Liverpool (Vereinigtes Königreich) und des TRIUMF (Vancouver, Kanada) durchgeführt.
„Wir sind dabei, in Darmstadt die weltweit einzigartige Teilchenbeschleuniger-Anlage FAIR zu verwirklichen“, sagt Jörg Blaurock, der Technische Geschäftsführer von FAIR und GSI. „Bei den anstehenden Hoch- und Tiefbauarbeiten werden zahlreiche Einzelgewerke ineinander greifen. Hiermit schaffen wir eine sehr komplexe Gebäudeanlage, in der zukünftig Hochtechnologie für die internationale Spitzenforschung zum Einsatz kommt.“
Neben Bauausschreibungen und anderen Vorbereitungen rund um die Bauleistungen, die bei FAIR anstehen, wird sich das künftige Beschleunigerzentrum vom 4. bis 6. Oktober auch auf der international renommierten Immobilienmesse, der Expo Real in München, präsentieren. Die Messe bietet eine hervorragende Möglichkeit, um mit Vertretern der Bau- und Immobilienbranche in intensiven Dialog zu treten. Potenzielle Auftragnehmer können sich über das Bauvorhaben und eine mögliche Beteiligung am Bau eingehend informieren. Das FAIR-Projekt ist eingebunden in den Stand der Wissenschaftsstadt Darmstadt als Teil der Metropolregion Frankfurt/Rhein-Main.
Aktuelle Ausschreibungen für FAIR-Baumaßnahmen
Internationale Fachmesse für Immobilien und Investitionen, 4. – 6. Oktober 2016, Messe München
FAIR Stand Nr.: C1 331
FAIR Veranstaltungen: Metropolarena, Stand Nr.: C1 334
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen. Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
Paolo Giubellino tritt als wissenschaftlicher Geschäftsführer die Nachfolge von Professor Boris Sharkov bei FAIR und von Professor Karlheinz Langanke bei GSI an. Damit ist die künftige gemeinsame Führungsspitze von GSI und FAIR komplett. Auch der neue wissenschaftliche Geschäftsführer übernimmt seine Aufgaben in Personalunion für GSI und FAIR wie zuvor bereits die administrative Geschäftsführerin Ursula Weyrich (Ende 2014) und der technische Geschäftsführer Jörg Blaurock (Anfang 2016). Beide freuen sich sehr über die Gewinnung von Paolo Giubellino und auf die künftige Zusammenarbeit. Ziel ist es, Spitzenforschung an der bestehenden Anlage durchzuführen und die künftige Beschleunigeranlage FAIR in internationaler Zusammenarbeit zu realisieren.
Dr. Georg Schütte, Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung und Vorsitzender des GSI-Aufsichtsrats und des FAIR-Council, sagte: „Mit Paolo Giubellino konnten wir einen herausragenden Wissenschaftler gewinnen, der viel Erfahrung in der internationalen wissenschaftlichen Zusammenarbeit hat. Sein profundes Wissen über Schwerionenforschung und seine klaren Vorstellungen einer zukunftsorientierten Grundlagenforschung werden eine wichtige Rolle beim weiteren Aufbau von FAIR spielen."
Professor Otmar D. Wiestler, der Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft, betont darüber hinaus die internationale Bedeutung dieser Neubesetzung: „Mit der umfangreichen, internationalen Erfahrung, die Paolo Giubellino am CERN in der Schweiz sammeln konnte, bringt er ideale Voraussetzungen mit, um die großen Aufgaben in Darmstadt anzugehen. Paolo Giubellino für FAIR zu gewinnen, zeigt zudem, dass die Helmholtz-Forschung weltweit attraktiv ist. Mit der Strategie, unsere Gemeinschaft noch stärker international auszurichten, haben wir den richtigen Weg eingeschlagen. Wir werden ihn künftig konsequent fortsetzen."
Die Forschungsschwerpunkte des 56-jährigen Paolo Giubellino sind die Physik hochenergetischer Schwerionenstöße und die dabei erzeugte Materie. Nach seinem Studium an der Universität Turin und der University of California in Santa Cruz war er an zahlreichen Schwerionenexperimenten am europäischen Kernforschungszentrum CERN in der Schweiz beteiligt. Beim dortigen ALICE-Experiment, einem der vier großen, dauerhaft eingerichteten Experimente am Teilchenbeschleuniger LHC, hat er seit Anfang der 1990er Jahre verschiedene verantwortliche Positionen übernommen. Seit 2011 ist Giubellino der Leiter von ALICE bei CERN. Aktuell sind mehr als 1600 Wissenschaftler aus 42 Ländern Mitglied der ALICE-Kollaboration. Zudem ist Paolo Giubellino seit 1985 auch in der Sektion Turin am italienischen nationalen Kernphysikinstitut (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, INFN) tätig und dort seit 2006 Forschungsdirektor.
GSI ist für Paolo Giubellino bereits bekanntes Terrain. Zum einen durch die Verbindung über das ALICE-Experiment, denn Wissenschaftler von GSI sind maßgeblich an Entwicklung und Bau von Messinstrumenten sowie an dem wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Zum anderen hat Paolo Giubellino derzeit den Vorsitz des international besetzten GSI-Komitees, dem General Program Advisory Committee, das die GSI-Geschäftsführung über Experimentiervorschläge von Wissenschaftlern und Nutzung der Beschleunigeranlage berät.
Paolo Giubellino, der verheiratet ist und einen Sohn hat, verfügt neben seiner wissenschaftlichen Expertise über umfassende Erfahrungen mit internationalen Kollaborationen und hat bereits viele Schlüsselrollen bei bilateralen Vereinbarungen und Forschungsprogrammen, etwa der Europäischen Union, übernommen. Nun blickt er mit hoher Motivation auf seine künftigen Aufgaben bei GSI und FAIR: „Es ist eine große Freude und eine große Verantwortung für mich. Mit FAIR entsteht bei GSI eine neue und einzigartige Beschleunigeranlage. Mehr als 3000 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt werden künftig an FAIR arbeiten. Für jeden Forscher ist das eine fantastische Gelegenheit.“ Von den Forschungsmöglichkeiten ist der künftige wissenschaftliche Geschäftsführer begeistert: „Wir werden hier herausragende Experimente durchführen, um wegweisende neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und des Universums zu gewinnen. Die Fragen, die wir hoffen, durch FAIR klären zu können, sind faszinierend, zum Beispiel: Wie genau entstehen die chemischen Elemente in den Sternen, die eine Grundvoraussetzung für unser Leben sind?“ Außerdem werde FAIR ein weltweiter Anziehungspunkt für junge Menschen sein, so dass in Darmstadt wissenschaftlich-technisch hochqualifizierte Nachwuchskräfte im internationalen Umfeld ausgebildet werden können.
Für seine Arbeit, zu der mehr als 300 wissenschaftliche Publikationen gehören, konnte Paolo Giubellino bereits zahlreiche Auszeichnungen entgegennehmen. So erhielt er unter anderem 2014 den Lise-Meitner-Preis der Europäischen Physikalischen Gesellschaft, außerdem den Enrico-Fermi-Preis, die höchste Würdigung der Italienischen Physikalischen Gesellschaft (2013). Im Jahr 2012 war er vom italienischen Staatspräsidenten Napolitano für seine wissenschaftlichen Verdienste zum „Commendatore della Repubblica Italiana“ ernannt worden.
]]>In einer anschließenden Besichtigung besuchten die Gäste die existierenden GSI-Anlagen sowie das FAIR-Baufeld. Unter anderem konnten sie sich den medizinischen Behandlungsplatz ansehen, an dem bei GSI eine innovative Methode der Tumorbehandlung mit Kohlenstoffionen entwickelt wurde – ein Beispiel für die gesellschaftliche Verantwortung in der Forschung. Ein weiteres Ziel war das dieses Jahr eingeweihte Höchstleistungsrechenzentrum Green IT Cube, das sich durch ein besonders nachhaltiges Baukonzept auszeichnet: eine energiesparende Wasserkühlung der Rechensysteme, eine platzsparende Bauform und eine kostensparende Bauweise. Des Weiteren wird die Abwärme des Rechenzentrums zur Heizung eines neuen Bürogebäudes genutzt.
CSR steht für Corporate Social Responsibility, ein Unternehmertum, das ökonomische, ökologische und soziale Unternehmensziele ausbalanciert. CSR ist eine wertorientierte Führung, die einen fairen Wettbewerb, Rücksicht auf natürliche Ressourcen, eine gelebte Sozialpartnerschaft und ein hohes Engagement für die Region, in der man lebt und arbeitet, im Fokus hat. CSR wirkt sich jedoch auch positiv auf das Image und letztendlich auf die wirtschaftliche Situation eines Unternehmens aus. Mit der Veranstaltungsreihe "CSR-Frühstück" will die IHK Darmstadt ihren Mitgliedsunternehmen die Gelegenheit geben, sich Best-Practice-Beispiele regionaler Unternehmen anzusehen und sich über dieses Thema auszutauschen.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
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Sieben der neun Anteilseigner der FAIR GmbH sind europäische Länder; 3.000 Wissenschaftler in der ganzen Welt arbeiten seit vielen Jahren an der Realisation von FAIR. Nach kurzen Vorträgen über laufende und künftige Forschungsprojekte und Bauaktivitäten besichtigten die Politikerinnen und Politiker das FAIR-Baufeld sowie verschiedene Forschungsprojekte wie zum Beispiel den GLAD-Magneten und den CRYRING.
]]>Während des vergangenen GSI-Strahlzeitblocks extrahierten die Teams C6+-Ionen aus dem ESR mit 6 MeV/u (entsprechend Bρ ≈ 0.7 Tm) in einem Mikrosekunden-Bunch und leiteten die Partikel zur ersten Diagnosestation im CRYRING. Die veränderte Strahlführung vom ESR zum Cave B (wo der CRYRING aufgebaut wird) war voll funktionsfähig einschließlich des neu gebauten Septummagneten im CRYRING. Weiterhin konnten neue Strahldiagnosegeräte und FAIR-ähnliche Kontrollhardware und –software im tatsächlichen Strahlbetrieb getestet werden.
Der CRYRING ist ein überaus erfolgreicher Ionenspeicherring, der viele Jahre lang in Stockholm zentrale Forschungsbeiträge in der Atom- und Molekularphysik ermöglicht hat. Er wurde als schwedischer Sachbeitrag 2013 zu FAIR nach Darmstadt gebracht. Dort wurde er modernisiert, an FAIR-Standard angepasst und unter dem Projektnamen “CRYRING@ESR” an den ESR angeschlossen. Er wird Tests neuer FAIR-Technologien ermöglichen und Forschung an langsamen, hochgeladenen Ionen oder möglicherweise exotischen Systemen erlauben. Zusammen mit anderen FAIR-Kollaborationen bereitet die SPARC-Experimentkollaboration viele neue Experimente zu Prozessen in Atomen und Kernen, in Materialwissenschaften und biomolekularer Physik mit langsamen hochgeladenen Ionen vor.
Der erfolgreiche Strahltransport vom ESR zum CRYRING markiert den Start von dessen Inbetriebnahme, indem beide Ringe in einer Anlage integriert werden. Im kommenden Jahr werden alle Ringinstallationen in Betrieb genommen werden, einschließlich einer lokalen Ionenquelle, dem Elektronenkühler und der Installationen für das benötigte ultrahohe Vakuum. Ab 2018, wenn die GSI-Beschleuniger ihren Betrieb wiederaufnehmen werden, wird der CRYRING seine ersten Experimente mit langsamen hochgeladenen Ionen durchführen können.
In unserer Broschüre "Nachwuchs erfolgreich fördern – Die Helmholtz-Nachwuchsgruppen bei GSI" stellen wir Ihnen unsere Nachwuchsgruppen und ihre Leiterinnen und Leiter detailliert vor.
Download der Broschüre (Deutsch und Englisch, PDF, 7,9 MB)
Das Engagement ist der erste australische Beitrag zur FAIR-Forschung und zeigt die globale Anziehungskraft des wissenschaftlichen Programms für eine weltweite Gemeinschaft von Forschern. NUSTAR ist schon jetzt die weltweit größte Forschungskollaboration auf dem Gebiet der Kernphysik, mit Australien sind 39 Länder beteiligt, die rund 850 Mitglieder sind in mehr als 180 Instituten rund um den Globus tätig. Außer der Antarktis sind dabei alle Erdteile vertreten.
„FAIR wird künftig ein Magnet für rund 3000 Gastforscher werden und ist bereits heute ein gefragter Partner in internationalen Kooperationen, wie das ANU-Engagement zeigt. Die australische Gruppe wird im FAIR-Beschleunigerzentrum einmalige Forschungsmöglichkeiten nutzen können, bringt aber auch einzigartige Expertise mit ein und verstärkt das Entdeckungspotenzial des NUSTAR-Projekts“, betont Karlheinz Langanke, der Wissenschaftliche Geschäftsführer des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, wo derzeit das FAIR-Beschleunigerzentrum entsteht.
Das NUSTAR-Programm zielt darauf ab, ein Stück Weltraum ins Labor zu holen und die Geheimnisse der Entstehung der Elemente in gewaltigen Sternenexplosionen, den Geburtsstätten der Elemente, zu enthüllen. Die NUSTAR-Forscher wollen beispielsweise herausfinden, welche Eigenschaften seltene und höchst instabile Atomkerne mit sehr vielen Neutronen haben – Atomkerne, wie sie in Supernovae entstehen.
Hinter NUSTAR steht ein sehr breites Forschungsprogramm: Mehr als 60 einzelne Arbeitspakete sind geplant, mit dem Engagement der Australier ist der NUSTAR-Schwerpunkt komplettiert. Ein wichtiger Schritt für die gesamte FAIR-Forschungsplanung. Als nächstes wird das Team um Professor Andrew Stuchbery, Leiter der Kernphysik-Abteilung an der Australian National University, aufgebaut, Forschungsziele sowie die dafür notwendige Instrumentierung werden genau definiert. Andrew Stuchbery freut sich bereits auf die künftigen Möglichkeiten in Darmstadt: „FAIR wird eine der attraktivsten Forschungsstätten weltweit. Es wird für uns sehr spannend, dort zu experimentieren. Schon jetzt können wir mit den Vorbereitungen beginnen, um künftig mit g-Faktor-Messungen detaillierten Aufschluss über Aufbau und Eigenschaften von exotischen Kernen zu erhalten.“
„Wir freuen uns, dass sich unsere australischen Kollegen bei FAIR beteiligen. Sie können mit ihrer Expertise wesentlich zum Experimentierprogramm von NUSTAR beitragen. Es unterstreicht außerdem die weltumspannende Bedeutung des NUSTAR Forschungsprogramms bei FAIR“, sagt Björn Jonson von der Technischen Universität Chalmers in Göteborg, Sprecher der internationalen NUSTAR-Kollaboration und ehemaliger Vorsitzender des Nobelpreiskomitees. Auch Jürgen Gerl, Koordinator des NUSTAR-Projekts bei GSI, zeigt sich sehr erfreut über die neue Zusammenarbeit: „Die einzelnen Experimente ergänzen sich gegenseitig, damit wir aus allen Blickwinkeln die Struktur und die Kräfte, die Atomkerne zusammenhalten, studieren können. Wir sind sehr glücklich, die australischen Kollegen im Boot zu haben.“
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit. Die bestehende GSI-Beschleunigeranlage wird Teil von FAIR und dient als erste Beschleunigungsstufe. Ingenieure und Wissenschaftler werden dafür in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen vorantreiben, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt werden an FAIR Spitzenforschung betreiben. In einzigartigen Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.
]]>Das erste Bypass-Teilstück ist ein polnischer Beitrag für FAIR, gefertigt von der Breslauer Firma Kriosystem, basierend auf Design und Vorentwicklungen der Technischen Universität Breslau (Politechnika Wroclawska). Auch die Jagiellonen-Universität (Uniwersytet Jagielloński) in Krakau ist als Vertragspartner von FAIR entscheidend involviert.
Peter Spiller, Teilprojektleiter bei GSI, der für den Bau des Ringbeschleunigers SIS100 verantwortlich ist, erläutert: „Der Bypass sorgt dafür, dass die kalte Temperatur durchgängig gehalten werden kann.“ Die Herausforderung für die Kältetechnik (Kryotechnik) dabei: Die leistungsstarken Magneten von SIS100, die die Teilchen lenken, auf ihrer Kreisbahn halten und bündeln, müssen extrem kalt sein. Direkt daneben jedoch schließen sich Beschleunigerkomponenten an, die bei Raumtemperatur betrieben werden, beispielsweise Hochfrequenzsysteme, Injektions- oder Extraktionssysteme. Für diese warmen Komponenten wird somit eine Überbrückung benötigt, die auch an diesen Stellen wie eine Thermoskanne die extrem kalten Temperaturen im Ringsystem erhalten kann – der Bypass.
Sechs Abschnitte gibt es im Beschleunigerring, die jeweils mit Bypässen überbrücken werden müssen, berichtet Thomas Eisel, der für die lokale Kryogenik verantwortliche Arbeitspaketleiter. Die Bypässe transportieren sowohl flüssiges Helium als Kältemittel als auch elektrischen Strom von mehreren tausend Ampere und führen beides zu den Magneten. Für das Synchrotron SIS100 von FAIR werden die supraleitende Magnete nicht nur für die Strahlführung benötigt, sondern auch, um die in den Magneten befindliche Vakuumkammern bis nahe an den absoluten Nullpunkt abzukühlen. An der extrem kalten Kammeroberfläche bleiben dann die im Strahlrohr befindlichen Restgase haften, so dass ein extrem niedriger Restgasdruck im Strahlrohr erzeugt wird. Die Magnetkammer dient somit als Super-Vakuumpumpe. Ein extrem gutes Vakuum ist unabdingbar, um Schwerionenstrahlen mit hohen Intensitäten zu erzeugen, eine der Kernaufgaben von FAIR.
Doch eine Supraleitung wird erst durch eine extreme Kühlung der Magnetspulen mit flüssigem Helium auf 4,5 Kelvin (entspricht -268,6° C) erreicht. Das ist der Temperaturmaßstab für das gesamte kryomagnetische System von SIS 100.
Das nun gelieferte rund sieben Meter lange Stück des Bypasses steht derzeit in der Test-Facility von GSI und FAIR und soll dort nun genau unter die Lupe genommen werden: Heruntergekühlt auf -268,6° C, muss es zahlreiche Belastungen bestehen. Ist alles gut isoliert oder sind etwa Schweißnähte undicht? Tritt möglicherweise Helium aus? Bricht die Supraleitung zusammen? Kommt es zu Schäden aufgrund des hohen elektrischen Stromes? Wenn alle Untersuchungen absolviert sind, wird das Bypass-Teilstück zwischengelagert, in den kommenden Monaten sollen weitere Komponenten folgen.
]]>Die Mitglieder des Marketingbeirats, der sich unter anderem aus Wirtschaftsexperten und Marketingfachleute zusammensetzt, hatten zu Beginn des Besuchs die Gelegenheit, sich bei einer Besichtigung über das Thema Schwerionenforschung allgemein sowie über die aktuelle Entwicklung bei GSI und FAIR zu informieren. Danach ging es in der Sitzung des Marketingbeirats, dem auch Ursula Weyrich angehört, um verschiedene Themen rund um das Marketing in Darmstadt.
]]>Jedes Jahr bietet das Sommerstudenten-Programm den Teilnehmerinnen und Teilnehmern einen Einblick in die Forschung an einem Teilchenbeschleuniger. Jeder Sommerstudent arbeitet in einer Arbeitsgruppe an einem kleinen wissenschaftlichen oder technischen Projekt aus dem laufenden Forschungsbetrieb. Die Thematik reicht dabei von der Beschleunigerphysik über die Tumortherapie bis hin zur Astrophysik. In begleitenden Vorlesungen werden das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt.
Für viele Studenten, die vor allem aus europäischen und asiatischen Ländern kommen, ist das Sommerstudenten-Programm der erste Schritt zu einer Master- oder Doktorarbeit bei GSI gegen Ende ihrer Ausbildung. Das Sommerstudenten-Programm, das bereits zum 36. Mal stattfindet, wird von der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert. Neben wissenschaftlichen Veranstaltungen stehen auch Grillpartys, ein Fußball-Turnier und Unternehmungen in der Region auf dem Programm.
Die Vorträge werden auf Englisch gehalten, sind öffentlich und können von jedem Interessierten besucht werden. Vortrags-Programm
Gemeinsam mit rund 50 Wanderern wurde sie von der Geschäftsführung, vertreten durch den Technischen Geschäftsführer Jörg Blaurock, begrüßt. Jörg Blaurock erläuterte den aktuellen Planungsstand des FAIR-Projekts, Pressesprecher Ingo Peter gab der Wandergruppe Einblicke in die aktuellen Forschungsaktivitäten und die am künftigen Beschleunigerzentrum FAIR geplanten einzigartigen Experimentiermöglichkeiten.
]]>Die Tumortherapie mit Ionenstrahlen ist ein besonders wirkungsvolles und schonendes Verfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre schädigende Wirkung im Tumorgewebe, wo sie stecken bleiben. Sie können außerdem durch das bei GSI entwickelte Rasterscanverfahren Punkt für Punkt millimetergenau im Tumorgewebe platziert werden, so dass gesundes umliegendes Gewebe geschont wird. Bis zu 40 000 Rasterpunkte im dreidimensionalen Raum können gezielt angesteuert werden.
Die Veröffentlichung beschreibt die Computer-Programmierung zur Bestrahlungsplanung, die beim Rasterscanverfahren Anwendung findet. "Das Rasterscanverfahren für Kohlenstoffionen war damals eine absolute Neuheit in der Strahlentherapie, desgleichen die dazu notwendige Bestrahlungsplanung. Die Software ist noch heute ein Standard in diesem Feld", sagt Dr. Michael Krämer, Wissenschaftler in der GSI-Biophysik und Erstautor der Veröffentlichung.
Durch die GSI-Bestrahlungsplanung wurde die Grundlage für eine an die Form des Tumors angepasste Bestrahlung mit in Intensität und Energie variierbaren Ionenstrahlen und hoher räumlicher Auflösung geschaffen. "Es war innovativ, in die Software physikalische und radiobiologische Modellierungen sowie dreidimensionale Optimierung unter Berücksichtigung der relativen biologischen Wirksamkeit der Ionen einzubeziehen. Diese oder vergleichbare Technik findet sich heutzutage in allen neu errichteten Anlagen zur Therapie mit Protonen- oder Ionenstrahlen", erläutert Krämer. Die Veröffentlichung wurde bis heute mehrere hundert Mal zitiert, was eine Maßgröße für den wissenschaftlichen Einfluss darstellt. Die Software namens TRiP (Treatment planning for particles) wird auch heute noch verwendet, nicht nur für Kohlenstoffionen, sondern auch für andere Ionensorten wie Protonen, Helium- und Sauerstoffionen, sowie zur Planung von Bestrahlungen von sich beispielsweise durch die Atmung bewegenden Organen wie der Lunge oder der Leber (sogenannte 4D-Bestrahlungen).
Im Bereich der 4D-Bestrahlungen liegt ein großes Entwicklungspotential für zukünftige innovative Behandlungstechniken. Des Weiteren ist geplant, die Software zur Bestrahlungsplanung zu erweitern, um sie zur Risikoabschätzungen der Gefahren durch Strahlung im Weltraum, beispielsweise bei Raumfahrtmissionen, zu nutzen. Diese Thematiken sollen in Zukunft in der biophysikalischen Forschungsarbeit sowohl bei GSI als auch an der geplanten internationalen Beschleunigeranlage FAIR weiter vertieft werden.
In der gleichen Ausgabe des Journals im Jahr 2000 erschien auch eine Veröffentlichung zu ebenfalls relevanten radiobiologischen Aspekten der Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Die beiden Themen wurden getrennt publiziert, obwohl sie wissenschaftlich zusammen gehören. Das Ziel schon damals: Als erste Veröffentlichung sollte die Arbeit über die Bestrahlungsplanung als Referenz für zukünftige Forscher dienen.
Das vom Herausgeber IOP Publishing veröffentlichte internationale Fachmagazin „Physics in Medicine and Biology“ erscheint seit dem Jahr 1956. Es deckt Veröffentlichungen aus der Physik mit Bezug zu Medizin und Biologie ab, darunter beispielweise Strahlentherapie, biomedizinische Bildgebung und Strahlenschutz. Die Redaktion und der internationale redaktionelle Beirat der Zeitschrift wählte die Publikation aus der Gesamtzahl von mehr als 10.000 Veröffentlichungen aus.
Download von "target" – Ausgabe 14, Juli 2016 (PDF, 4,6 MB)
Seit der Entscheidung der FAIR-Gesellschafterversammlung über den Gesamtumfang der FAIR-Anlage Ende September 2015 konnte das Management in Darmstadt intensiv an Ausrichtung und Rahmenbedingungen des FAIR-Projekts arbeiten: Eine neue Gesamtstruktur wurde geschaffen, mit der die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und die FAIR GmbH organisatorisch zusammengeführt werden. Wichtiges Element ist dabei eine eigene Projektstruktur für die Realisierung von FAIR, in der Hoch- und Tiefbau, Beschleunigerentwicklung und -bau sowie die wissenschaftlichen Experimente integriert sind. Außerdem wurden die wissenschaftlichen Ziele fokussiert und priorisiert.
Das vom Management vorgestellte Forschungsprogramm für die nächsten Jahre am Standort Darmstadt stieß bei der FAIR-Gesellschafterversammlung und dem GSI-Aufsichtsrat auf große Zustimmung. Das Programm bedeutet einen großen Schritt in Richtung der zukünftigen Forschung an FAIR und bietet schon jetzt bis zur Inbetriebnahme von FAIR exzellente Experimentiermöglichkeiten. Dazu nutzen die Forscher die bestehende GSI-Beschleunigeranlage, die für ihren späteren Einsatz als Vorbeschleuniger für FAIR bereits wesentlich verbessert wurde und noch weiter technisch aufgerüstet wird. Auch stehen den Wissenschaftlern bereits erste speziell für FAIR gefertigte Messapparaturen zur Verfügung. Diese sogenannten Detektoren sind Hightech-Entwicklungen und die Basis für weltweit einzigartige Experimente. Die neuen Forschungsmöglichkeiten erlauben den Wissenschaftlern schon jetzt, den wissenschaftlichen Nachwuchs für FAIR zu begeistern.
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit, Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit 1100 Meter Umfang. Ingenieure und Wissenschaftler treiben in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen voran, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt können künftig an FAIR Spitzenforschung betreiben. In herausragenden Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.
Gesellschafter der FAIR GmbH sind neben Deutschland noch Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien. Großbritannien ist assoziierter Partner.
]]>Ein zentrales Thema dabei war die Chemie des vor kurzem offiziell anerkannten Elements 113, das laut IUPAC in Japan entdeckt worden war und für das inzwischen der Namensvorschlag "Nihonium" vorliegt. Eine Woche lang war Professor Hinde als Mitglied einer von der Abteilung Superschwere Elemente Chemie (SHE Chemie) geführten Kollaboration am Rückstoßseparator TASCA zu Gast. 40 Wissenschaftler und Techniker aus zehn Forschungszentren haben dabei zusammengearbeitet. Ziel des dreiwöchigen Experiments war, die chemischen Charakteristika des Elements zu untersuchen. Ein weiterer Hauptaspekt des Besuchs war die Diskussion kommender gemeinsamer Experimente der beiden Arbeitsgruppen an der Beschleunigeranlage an der ANU in Australien. Ein sehr enger Partner ist dabei auch das Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das auch im HIM kooperiert. Nach dem Besuch im Rhein-Main-Gebiet ging es zu einem Symposium nach Schweden und wieder zurück in die Heimat Australien.
Auch dieser Aufenthalt verstärkt den intensiven wissenschaftlichen Austausch der australischen Forscher und ihren Kollegen bei GSI und HIM. Ein Austausch, der vor fünf Jahren begonnen hatte und seit 2012 von Professor Hinde und Christoph Düllmann, Professor an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Leiter der Abteilung SHE Chemie bei GSI und HIM, intensiviert wurde. Hinde erinnert sich: „Christoph kam 2012 zu einer Konferenz nach Australien, dort haben wir uns kennengelernt und bald beschlossen, zusammenzuarbeiten.“ Durch die gemeinsamen Forschungsinteressen und die komplementäre Forschungsinfrastruktur bei ANU und GSI wurden in den letzten Jahren zunehmend stärkere Kooperationen zwischen den Forschergruppen in Deutschland und Australien etabliert. Gemeinsame Experimente wurden seit 2011 bei ANU und seit 2012 bei GSI durchgeführt. „GSI hat hervorragende Instrumente, damit sind sie unter den besten in der Welt“, urteilt Hinde.
Auch die Nominierung von David Hinde für den Helmholtz International Fellow Award ist aus dieser Kooperation heraus entstanden und von HIM via GSI initiiert worden. Christoph Düllmann, der im Winter selbst für mehrere Monate in Canberra war und mit Hinde und weiteren Mitgliedern seiner Arbeitsgruppe am Tandem-Beschleuniger gemeinsame Experimente durchgeführt hat, hebt hervor: „David Hinde ist ein anerkannter Experte für fundamentale Hochpräzisionsuntersuchungen niedrigenergetischer Kernfusionsreaktionen in einem weiten Bereich der Nuklidkarte. Unter seiner Leitung wurden einmalige Geräte für solche Untersuchungen aufgebaut, die die Präzisionsstrahlcharakteristik der ANU-Beschleunigeranlage optimal ausnutzen.“
Eine komplexe Thematik, aber dahinter steht ein ganz einfacher Antrieb, der den heute 59 Jahre alten gebürtigen Engländer einst zu seiner Berufswahl gebracht hat: „Ich mag Physik, und es soll nicht geprahlt klingen, aber ich bin gut darin. Ich wollte immer wissen, wie die Dinge in der Natur funktionieren.“ Deutschland kennt der verheiratete Familienvater zweier erwachsener Kinder schon viele Jahre, Ende der achtziger Jahre war er am Berliner Hahn-Meitner-Institut tätig, dem heutigen Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB). Und wie hat er die GSI kennengelernt? Kennengelernt scheint nicht das richtige Wort, denn Hinde sagt schlicht: „Jeder kennt die GSI. Sie ist berühmt.“
An einen Schlüsselmoment erinnert sich Hinde immer noch gerne: Während einer Konferenz im Jahr 1996 berichtete Professor Peter Armbruster von den Forschungen bei GSI rund um das hier entdeckte Element 112 (Copernicium) – und beschrieb die Zerfallskette von 112 als physikalisches Gedicht. Das hat Hinde nie vergessen: „Ich fand das sehr inspirierend, diese Leidenschaft und Poesie. Für mich war das eine starke Motivation für meine Arbeit.“
]]>Heute hat Wissenschaftsminister Konrad Wolf gemeinsam mit dem Präsidenten der Helmholtz-Gemeinschaft Otmar Wiestler, dem Vizepräsidenten für Forschung der Johannes Gutenberg-Universität Wolfgang Hofmeister und dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI Karlheinz Langanke das Helmholtz-Institut Mainz (HIM) und den Forschungsbau „Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie“ besichtigt, der auf dem Uni-Campus in unmittelbarer Nähe der Institute für Kernphysik, Physik und Kernchemie steht.
Vor sieben Jahren wurde in Mainz das erste Helmholtz-Institut in Deutschland, das Helmholtz-Institut Mainz (HIM), gegründet. Seit dem ist die Kooperation zwischen dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz fest etabliert. Rund achtzig Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler arbeiten derzeit an der Erforschung von Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie.
Für Wissenschaftsminister Konrad Wolf hat das HIM eine Vorreiterrolle in Deutschland und damit eine besondere Bedeutung. „Unser HIM war das erste Helmholtz-Institut, das überhaupt errichtet wurde. Seinerzeit zielte die Idee darauf, die Forschungsstärken der Universitäten für die Helmholtz-Gemeinschaft zu nutzen und zugleich den Hochschulen in ihren strategischen Profilbereichen die Wahrnehmung und Unterstützung auch des Bundes zu verschaffen – und zwar zum Vorteil von Universität und Helmholtz-Gemeinschaft.“
Der neue Forschungsbau wird hälftig mit Bundes- und Landesmitteln in Höhe von knapp 29 Millionen Euro gefördert.
Direkt nach dem Umzug startete der Rechenbetrieb im Green IT Cube. Wissenschaftliche Daten, die aus Experimenten von HADES und ALICE stammen, werden seitdem ausgewertet. Auch die Theoriegruppe führt nun ihre Berechnungen im neuen Rechenzentrum durch.
In einem nächsten Schritt werden im Herbst weitere Server in den Green IT Cube einziehen. Dabei ist geplant, veraltete Komponenten in den anderen Rechenzentren abzuschalten und gegen neue leistungsfähigere Hardware im Green IT Cube auszutauschen. Dies wird die Energieeffizienz in der IT des GSI deutlich verbessern.
Die Sekunde ist die Basiseinheit der messbaren Zeit. Herkömmliche Atomuhren ermitteln die Dauer einer Sekunde über Schwingungen, die angeregte Elektronen in der Elektronenhülle des Elements Cäsium aussenden. Die derzeit beste Atomuhr erreicht eine relative Genauigkeit von fast 10-18. „Noch viel präzisere Messungen wären mit einer sogenannten Kernuhr möglich, bei der nicht Schwingungen in der Elektronenhülle eines Atoms gemessen würden, sondern Schwingungen direkt im Atomkern“, sagt Thirolf. „Eine solche Uhr hätte außerdem den Vorteil, dass Atomkerne etwa 100.000 Mal kleiner sind als ganze Atome und daher wesentlich unempfindlicher auf Störeinflüsse von außen reagieren.“
Allerdings ist von allen bisher bekannten über 3300 Atomkernen nur ein einziger potenziell für den Einsatz als Kernuhr geeignet: der schwere Atomkern des Elements Thorium mit der Massenzahl 229 (Thorium-229). Seit mehr als 40 Jahren vermuten Wissenschaftler, dass es für diesen Atomkern einen Anregungszustand (Isomer) gibt, der nur knapp über dem energetischen Grundzustand liegt, das sogenannte Thorium-Isomer Th-229m. Dieses Isomer stellt den niedrigsten Anregungszustand aller bekannten Atomkerne dar. Zusätzlich wird für Th-229m eine relativ lange Lebensdauer von einigen Minuten bis zu Stunden erwartet. Deswegen geht man davon aus, dass extrem genaue Messungen der Schwingungen, die beim Kernübergang von Th-229m zurück zum Grundzustand entstehen, möglich sind.
Allerdings konnte das Thorium-Isomer Th-229m bisher noch nie direkt nachgewiesen werden: „Dass es existiert, ging bislang nur aus indirekten Messungen hervor“, sagt Thirolf. In einem komplexen Experiment ist es den Wissenschaftlern nun erstmals gelungen, das Isomer direkt nachzuweisen. Dabei nutzten sie den radioaktiven Alpha-Zerfall von Uran-233 als Quelle: Eines der Zerfallsprodukte von Uran-233 ist eben Th-229m. „Das Uran-233 wurde im Institut für Kernchemie der Universität Mainz chemisch gereinigt und von unserem Team aus Mainzer und Darmstädter Experten als hochreine Dünnschicht auf einem titanbeschichteten Silicium-Wafer aus der Halbleiterindustrie abgeschieden. Diese Uran-233-Quelle wurde danach in München in die Experimentierapparatur eingebaut und lieferte dort das zu untersuchende Th-229m“, erklärt Christoph Düllmann, der die entsprechenden Arbeitsgruppen in Mainz und Darmstadt leitet.
„Das Th-229m wurde über mehrere Zwischenschritte schließlich als Ionenstrahl isoliert. Mithilfe eines Mikrokanalplatten-Detektors konnten wir dann den Kernübergang, also den Zerfall des Isomers zurück zum Grundzustand von Thorium, als klares und eindeutiges Signal messen – und so direkt nachweisen, dass dieser angeregte Zustand tatsächlich existiert“, sagt Thirolf. „Das ist ein Fortschritt, der für die zukünftige Entwicklung einer Kernuhr entscheidend ist“, betont der LMU-Physiker. „Im Rahmen des europäischen Forschungsverbundes nuClock werden wir dieses Ziel weiter verfolgen. Als nächstes müssen nun die Eigenschaften des Kernübergangs genauer bestimmt werden, das heißt seine Halbwertszeit und vor allem die genaue Übergangsenergie. Mithilfe dieser Daten könnten Laserphysiker einen auf die Übergangsfrequenz abgestimmten Laser entwickeln – eine wichtige Voraussetzung, um die Kernanregung optisch zu kontrollieren.“ Thomas Stöhlker, Forschungsdirektor des GSI Helmholtzzentrums in Darmstadt, sagt: „Diese neuen Befunde sind sehr wertvoll, auch für die am GSI/FAIR-Speicherring geplanten Experimente zum Th-229m, insbesondere zur Energiebestimmung des Übergangs.“
Beitrag im Fachmagazin Nature (auf Englisch)
]]>Der Girls’Day begann für die Teilnehmerinnen mit einem Rundgang durch die Forschungsanlage, der viele Fragen weckte: Warum erreichen die Teilchen aus dem Beschleuniger nicht die Lichtgeschwindigkeit? Passiert etwas anderes, wenn Teilchen mit 90% oder mit 99% der Lichtgeschwindigkeit aufeinander prallen? Und aus welchen Elementen wurde Darmstadtium hergestellt?
Anschließend ging es in kleinen Gruppen in die Werkstätten, Technologielabore und Forschungsabteilungen. Dort konnten die Mädchen aus der 5. bis 9. Klasse selbst kleine Detektoren bauen, an der Dreh- und Fräsmaschine Metalle bearbeiten oder mit einem 3D-Drucker arbeiten. Highlight war das mithilfe von flüssigem Stickstoff selbst hergestellt Speiseeis.
In der großen Runde präsentierten die Teilnehmerinnen ihre Ergebnisse und ernteten Beifall. Auch für GSI und FAIR hat sich der Girls’Day voll gelohnt, denn eine Teilnehmerin war sich schon sicher: „Ich will auf jeden Fall Astrophysik studieren. Oder etwas anderes mit Physik!“
]]>Der nun getestete Dipolmagnet wird in die Strahlführung eingebaut werden, die den Teilchenstrahl vom bestehenden GSI-Ringbeschleuniger direkt zu einem Experiment von FAIR führt. Bis zu seinem Einbau in die Anlage FAIR ist geplant, den Magnet zum Kalibrieren der Messanlagen für weitere Beschleunigerkomponenten zu nutzen.
Der Dipolmagnet wurde von GSI konzipiert und designt. Auf Basis dieser technischen Spezifikationen wurden die Fertigungszeichnungen erstellt und die Komponenten vom Efremov-Institut in St. Petersburg gefertigt. Die zugehörige Vakuumröhre wurde im Budker-Institut für Kernphysik im russischen Novosibirsk gebaut, das für diesen Auftrag mit dem Efremov-Institut zusammenarbeitet. Es ist der erste von insgesamt 51 Magneten, die in den kommenden Jahren vom Efremov-Institut für FAIR gebaut werden. Sie beruhen auf auf dem gleichen Prinzip, besitzen jedoch unterschiedliche Ablenkwinkel und Magnetfeldstärken. Die 51 Magnete und Vakuumkammern sind ein russischer Sachbeitrag für FAIR.
Rund 365 Magnete unterschiedlicher Bauart werden insgesamt für den Strahltransport der Anlage FAIR benötigt. Bis auf wenige Ausnahmen ist die Beauftragung für den Bau der Komponenten bereits erfolgt.
]]>Doering war in der Arbeitsgruppe von Professor Joachim Stroth an der Entwicklung eines Mikro-Vertex-Detektors (MVD) für das an FAIR geplante Experiment zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie (CBM) beteiligt. In seiner Arbeit testete und evaluierte er CMOS-Sensoren für den MVD, die mit neuen Technologien hergestellt wurden. Sein Schwerpunkt lag dabei auf der Strahlenhärte, welche die Sensoren für einen Einsatz an CBM qualifizieren würde. Er zeigte, dass hochohmige Epitaxialschichten einen wichtigen Schritt vorwärts in der Toleranz gegenüber nicht-ionisierender Strahlung darstellen, und dass die Kombination solcher Materialien mit einem neuen CMOS-Herstellungsprozess ein vielversprechender Weg ist, um die Anforderungen für monolithische aktive Pixelsensoren auf CMOS-Basis (MAPS) an CBM zu erfüllen. Seine Arbeit hat großen Einfluss auf die zukünftige Entwicklung von MAPS im Allgemeinen und für CBM im Besonderen.
Kandidaten für den Preis werden von Ihren Betreuern nominiert. Die Auswahl erfolgt durch ein von der CBM-Kollaboration benanntes Komitee. Die Kriterien zur Auswahl sind Originalität und Qualität der Forschungsarbeit, wissenschaftlicher Wert, Einfluss der erzielten Resultate auf das Forschungsfeld im Allgemeinen und für CBM im Besonderen, sowie die Präsentation der Forschungsarbeit in der Dissertation. Der Preis wurde dieses Jahr zum ersten Mal verliehen und wird in Zukunft jährlich die beste Doktorarbeit, die im Rahmen des CBM-Experimentes erstellt wurde, auszeichnen. Die CBM-Kollaboration möchte mit diesem Preis die Beiträge von Studenten zum CBM-Projekt besonders würdigen.
]]>In Ringbeschleunigern werden Septummagnete genutzt, um einen Teilchenstrahl in den Beschleuniger einzufädeln oder auszulenken. Dazu sind starke Magnetfelder nötig, die den Strahl auf eine Kurvenflugbahn bringen. Gleichzeitig darf das Magnetfeld jedoch den im Ring umlaufenden Strahl nicht stören. Benötigt wird daher ein Magnet mit zwei durch eine Wand (Septum) getrennten Regionen, der auf einer Seite der Wand ein starkes, auf der anderen Seite jedoch nur ein verschwindendes Magnetfeld induziert.
Herkömmliche Elektromagnete nutzen eine Spule zur Erzeugung und ein rechteckiges Eisenjoch zur Formung des Magnetfelds. In Septummagneten ist das Joch an einer Seite offen (C-Form), um dort das Magnetfeld auf Null zu bringen. Sugitas Idee beruht auf einer anderen Magnetbauweise: Sogenannte Kosinus-Theta-Magnete werden hauptsächlich als supraleitende Magnete mit besonders hohen Feldstärken gebaut. Das neuartige Konzept ist nun, einen Kosinus-Theta-Magnet mit einem (in diesem Fall runden) Joch zu versehen, das an einer Seite abgeschnitten ist, um so das Feld dort auf Null zu bringen. Dies macht den Einsatz des Kosinus-Theta-Magnets als Septummagnet möglich.
Für Sugita, der in der GSI-Abteilung "SIS100/SIS18" arbeitet und ursprünglich aus Japan stammt, hat diese Arbeit eine ganz besondere persönliche Bedeutung: "Die Idee zu diesem Konzept hatte ich vor rund fünf Jahren, zum Zeitpunkt des katastrophalen Erdbebens in Japan. Ich habe damals sehr hart gearbeitet. Das war so ziemlich das einzige, das ich hier tun konnte. Damals war ich sehr beeindruckt von meinen Kollegen bei GSI, die eine Spendenkampagne organisiert und ein Programm für japanische Studenten ins Leben gerufen haben, die nicht an ihren Abschlussarbeiten an den japanischen Beschleunigern weiterarbeiten konnten. Das hat mich sehr motiviert. Ich hoffe, dass ich mit meiner patentierten Erfindung sowohl GSI als auch die internationale Beschleunigerforschung voranbringen kann."
Mit Sugitas Konzept könnten Septummagnete mit Magnetfeldern von mehr als zwei Tesla – die Grenze bei herkömmlicher Bauweise – realisiert werden. Mit einer supraleitenden Spule sind in elektromagnetischen Simulationsrechnungen sogar bis zu acht Tesla erreichbar. Auch Quadrupol- oder Multipol-Septummagnete höherer Ordnung sind in dieser Bauweise denkbar. Die neuartige Form des Septummagnets könnte an Beschleunigern in der Medizin oder auch an zukünftigen Beschleunigern in der Forschung wie FAIR oder dem am CERN geplanten Future Circular Collider (FCC) eingesetzt werden.
]]>In dem Memorandum erklären FAIR und CINVESTAV die Absicht, den wissenschaftlichen Austausch zwischen beiden Institutionen zu verstärken und gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsvorhaben mit Bezug auf die an FAIR geplanten Forschungsrichtungen durchzuführen. Über die Forschung hinaus sollen dadurch technische Innovationen und sozioökonomische Entwicklungen auf der Basis von Gleichberechtigung und gemeinsamem Nutzen vorangebracht werden.
Der Vorsitzende der FAIR-Gesellschafterversammlung, Staatssekretär Dr. Georg Schütte aus dem Bundesministerium für Bildung und Forschung, begrüßt die Beteiligung mexikanischer Wissenschaftler an der FAIR-Forschung: „Dies ist ein wichtiger Schritt, die langjährige wissenschaftlich-technologische Zusammenarbeit zwischen Mexiko und Deutschland weiter auszubauen und eröffnet die Perspektive für exzellente gemeinsame Forschungsaktivitäten und Technologieentwicklungen an der internationalen FAIR-Anlage in Darmstadt.“
"Der wissenschaftliche Austausch und die Zusammenarbeit mit internationalen Partnern in großen, zukunftsträchtigen Forschungsvorhaben wie FAIR ist ein wichtiger Bestandteil der mexikanischen Wissenschaftspolitik", sagte Dr. José Mustre de León, der Generaldirektor des CINVESTAV. "Wir freuen uns auf einen regen Dialog zwischen den mexikanischen und den FAIR-Wissenschaftlern, der für beide Seiten profitabel sein wird. Besonders der wissenschaftliche Nachwuchs wird von der geplanten Zusammenarbeit in Forschung und Technologie, aber auch vom kulturellen Austausch profitieren."
"Wir begrüßen es, mit dem CINVESTAV in Mexiko einen neuen, kompetenten wissenschaftlichen Partner für FAIR gewonnen zu haben", sagte Professor Boris Sharkov, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von FAIR. "Die Forschung lebt vom Diskurs, der neue Ideen und Innovationen hervorbringt. Die Kooperation mit unseren mexikanischen Kollegen wird für FAIR neue Impulse setzen."
Mexiko und Deutschland haben für 2016/17 die Durchführung von gegenseitigen Länderjahren beschlossen, durch welche die Kenntnis über die Kultur, Wirtschaft, Wissenschaft und Technologie im jeweils anderen Land vertieft werden soll. Die wissenschaftliche Kooperation zwischen Deutschland und Mexiko kann auf eine langjährige Tradition zurückblicken. Bereits im Jahr 1974 hatte es ein grundsätzliches Abkommen zwischen der Bundesrepublik Deutschland und der mexikanischen Regierung zur technischen und wissenschaftlichen Zusammenarbeit gegeben.
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit. Die bereits existierende GSI-Beschleunigeranlage wird Teil von FAIR und dient als erste Beschleunigungsstufe. Ingenieure und Wissenschaftler werden dafür in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen vorantreiben, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3 000 Wissenschaftler aus aller Welt werden an FAIR Spitzenforschung betreiben. In einzigartigen Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.
]]>Die GSI- und zukünftig die FAIR-Beschleuniger bringen Milliarden von geladenen Atomkernen, sogenannte Ionen, auf hohe Geschwindigkeiten. Bei der Kollision der Ionen mit einer Materialprobe, Target genannt, entsteht ein zweiter Strahl aus neuen Atomkernen, die auf der Erde nicht existieren. Auf sie haben es die Forscher abgesehen, denn sie könnten beispielsweise Aufschluss über die Elemententstehung in Sternen geben. Jedoch sind die Objekte der Begierde instabil und zerfallen nach sehr kurzer Zeit wieder – bei der Untersuchung muss man sich also beeilen.
Und ein weiteres Problem stellt sich – die gewünschten Teilchen bewegen sich unterschiedlich schnell in verschiedene Richtungen in Bezug zu einem Referenzteilchen. Sie haben, in der Sprache der Wissenschaftler, eine große Impulsverteilung. "Eine Kühlung, also eine Reduzierung der Impulsverteilung, ist nötig für die Ansammlung und die Untersuchung der neuen Teilchen. Die gängigen Kühlverfahren wie beispielsweise die stochastische Kühlung arbeiten jedoch nur effizient, wenn die Impulsverteilung schon beim Beginn des Kühlvorgangs relativ gering war. Sonst kann die Kühlung nicht für alle Teilchen erfolgen. Und dort, wo sie funktioniert, dauert sie zu lange und die neuen Kerne sind zerfallen, bevor sie für die Untersuchung präpariert sind", erklärt Dr. Oleksiy Dolinskyy, Leiter der FAIR-Projektabteilung "Collector Ring".
Nötig zur Reduktion der Impulsverteilung sind die sogenannten Debuncher, die im CR positioniert werden, in dem die neuen Kerne gekühlt werden sollen. Der Begriff Debuncher kommt von englisch bunches. So nennt man die Pakete, in die die Ionen für den Beschleunigungsvorgang möglichst dicht verpackt werden. Elektromagnetische Felder formen die Pakete und sorgen dafür, dass sich die positiv geladenen Ionen, die sich eigentlich abstoßen würden, eng aneinander kuscheln. Schon während des Beschleunigungsvorgangs lassen sich sehr kurze Ionenpakete mit einer Dauer von 50 Nanosekunden erzeugen, die dann beim Aufprall auf das Target auch zu gleichermaßen kurzen Paketen aus neuen Atomkernen führen. Kein glücklicher Zufall, sondern eine Voraussetzung für den nun folgenden Prozess des "Debunchens".
Zwei Parameter kann man sich dazu ansehen: Die Impulsverteilung und die Zeitkomponente. Diese beiden Angaben spannen zusammen einen Phasenraum auf, in dem sich die Ionen bewegen. Um die Impulsverteilung des Pakets aus neuen Atomkernen für die Kühlung zu reduzieren, können die Forscher einen Kniff anwenden: Indem der Debuncher ein Paket im Phasenraum dreht, wird eine breite Impulsverteilung zu einer zeitlichen Länge entzerrt und umgekehrt ein kurzes Paket zu einer kleinen Impulsverteilung zusammengeschoben. Diese Methode reduziert die Impulsverteilung im CR auf ein Drittel. Danach verteilen die Debuncher den Teilchenstrahl über den ganzen Ring und produzieren so einen kontinuierlichen Strahl ("coasting beam"), der nun für die stochastische Kühlung vorbereitet ist.
Die Betriebsfrequenz der Debuncher liegt von 1,1 bis 1,5 Megahertz, und jedes Gerät liefert bei der Paketdrehung eine Spannung von 40 Kilovolt, in Summe also 200 Kilovolt. Die Debuncher sind ein deutscher Sachbeitrag für FAIR, ein sogenanntes In-Kind, für dessen Lieferung GSI verantwortlich ist. "Wir haben die Spezifikationen und ein konzeptionelles Design erarbeitet und die Geräte dann für ein detailliertes Design und die Fertigung ausgeschrieben", berichtet Dr. Ulrich Laier aus der FAIR-Projektabteilung "Ring RF". "Drei Firmen waren nun mit der Ausführung der drei Hauptkomponenten des ersten Geräts betraut und werden nach unserer Abnahme auch die weiteren Debuncher bauen." Die Firma RI Research Instruments aus Bergisch-Gladbach baute die Kavität, die Firma Ampegon PPT GmbH aus Dortmund den Verstärker und die Firma OCEM Power Electronics aus Bologna, Italien, das Netzteil.
]]>Auf dem Gebiet der relativistischen Schwerionenkollisionen arbeitet Petersen an neuen theoretischen Beschreibungen des sogenannten „Little Bang“. Bei Schwerionenstößen entsteht ein Quark-Gluon-Plasma mit extrem hohem Druck, unter dem das Plasma sich explosionsartig ausdehnt. Hierbei herrschen Bedingungen, die denen beim Urknall („Big Bang“) ähneln. Petersen erkannte und untersuchte als eine der Ersten, dass und wie der Verlauf dieser Explosion von Dichte- und Temperaturschwankungen als Folge von Quanteneffekten beeinflusst wird. Über den Vergleich von Theorie und experimentellen Daten stellte Hannah Petersen ein vielzitiertes Hybrid-Modell auf, das die Dynamik des Plasmas und seine Viskosität in Abhängigkeit vom jeweiligen Anfangszustand der Quantenfluktuation abbildet. Mit ihrer „event-by-event“-Analysemethode liefert die Frankfurterin neue Grundlagen für experimentelle Messungen zum Beispiel am Relativistic Heavy Ion Collider (Brookhaven, USA) und an der zukünftigen Facility for Antiproton and Ion Research (Darmstadt).
Als Anerkennung und zugleich als Ansporn, ihre wissenschaftliche Laufbahn geradlinig fortzusetzen, wird der Heinz Maier-Leibnitz-Preis seit 1977 jährlich an hervorragende junge Forscherinnen und Forscher verliehen. Benannt nach dem Atomphysiker und früheren DFG-Präsidenten – in dessen Amtszeit er erstmals vergeben wurde –, gilt der Preis nicht nur als der wichtigste seiner Art für den Forschernachwuchs in Deutschland. In einer Umfrage der Zeitschrift „bild der wissenschaft“ wählten die großen Forschungsorganisationen den Heinz Maier-Leibnitz-Preis zum drittwichtigsten Wissenschaftspreis in Deutschland überhaupt – nach dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der DFG und dem Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten.
Der Ursprung der chemischen Elemente im Universum ist eines der ungelösten Rätsel in den Naturwissenschaften. Eine Kollaboration von zwei nuklearen Astrophysikern des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und der Technischen Universität Darmstadt – Dirk Martin und Almudena Arcones – und zwei Kernphysikern der Michigan State University – Witold Nazarewicz und Erik Olsen – fand heraus, dass die Eigenschaften der Kernwechselwirkung Einfluss darauf haben, wie die schwersten Elemente in unserem Universum entstehen.
Die schweren Elemente in unserem Sonnensystem – wie zum Beispiel Gold und Uran – entstanden durch eine komplexe Verkettung von Kernreaktionen und -zerfällen, auch bekannt als der „rapide Neutroneneinfangsprozess“ (r-Prozess). Dieser Mechanismus benötigt extrem hohe Neutronendichten sowie kurzlebige, sogenannte exotische Isotope, die in derzeit existierenden Beschleunigeranlagen nicht erzeugt werden können. Momentan stammen die einzigen Informationen über diese Bedingungen aus theoretischen Modellen, welche auf extreme Extrapolationen zu Bereichen in der Nuklidkarte angewiesen sind, für die es keine experimentellen Daten gibt. Die beiden favorisierten astrophysikalischen Szenarien für den r-Prozess sind katastrophale Kernkollaps-Supernova-Explosionen und die Verschmelzung von Neutronensternen. In ihrer Arbeit sagen die Wissenschaftler die Herstellung der Elemente im r-Prozess mithilfe von verschiedenen Modellen für die Kernwechselwirkung voraus.
In ihrem Artikel, der im wissenschaftlichen Journal Physical Review Letters veröffentlicht wurde, bestimmen die Wissenschaftler zum ersten Mal systematische Unsicherheiten für vorhergesagte Häufigkeitsverteilungen, die direkt mit der Massenmodellierung zusammenhängen, für realistische astrophysikalische Szenarien.
Das Ergebnis dieses Artikels wird in Zukunft nützlich sein, um Regionen in der Nuklidkarte zu identifizieren, die kritisch für die Entstehung der schweren Elemente sind. Die beiden gerade im Bau befindlichen Beschleunigeranlagen FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt und FRIB (Facility for Rare Isotope Beams) in Michigan werden auf diesem Gebiet weltführend sein und wichtige Messungen zur Überprüfung dieser Vorhersagen durchführen.
Während es immer noch nicht möglich ist, zu bestimmen, ob beispielsweise das Gold im Schmuck oder das Dysprosium im Motor eines Elektrofahrzeugs aus kollidierenden Neutronensternen oder einer Supernova-Explosion stammt, sind die Wissenschaftler dem Verständnis des astrophysikalischen Ursprungs näher denn je.
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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal der Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) und des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Dr. José Luis Rodríguez Sánchez erhielt den Preis für neue Erkenntnisse zum genauen Ablauf der Kernspaltung. In seinen Experimenten verwendete er erstmals die Methode der inversen Kinematik sowie neue Detektoren, was ihm ermöglichte, Masse, Ladung und kinetische Energie der beiden entstehenden Spaltfragmente zu bestimmen. Dies führte zu einem detaillierten Verständnis von Mechanismus und Dynamik der Kernspaltung Er führte seine Forschung mit dem ALADIN-LAND-Aufbau bei GSI und dem neuen SOFIA-Experimentaufbau durch.
Des Weiteren zeichnete GENCO zwei Personen mit dem sogenannten Membership Award aus: Professor Muhsin Harakeh vom Kernfysisch Versneller Instituut und der Universität Groningen, Niederlande, erhielt die Mitgliedschaft für seine bahnbrechenden Arbeiten in der Nutzung radioaktiver Strahlen für elastische und inelastische Streuung sowie des Studiums von Riesenresonanzen. Ursula Weyrich, Administrative Geschäftsführerin von FAIR und GSI, wurde für ihre Unterstützung von Nachwuchswissenschaftlern und die Realisierung des FAIR-Projekts mit der Mitgliedschaft geehrt.
]]>„Der Ringbeschleuniger von FAIR besteht aus vielen unterschiedlichen Komponenten, die wir in aufwändigen Berechnungen und Designstudien entwickeln, konstruieren und detailliert planen“, sagt Peter Spiller, Projektbereichsleiter bei GSI, der unter anderem für den Bau des Ringbeschleunigers von FAIR verantwortlich ist. „Es ist für uns ein Meilenstein, dass nun die Lieferung der Komponenten beginnt. Im Laufe dieses Jahres erwarten wir noch etliche weitere Komponenten.“
„Wir freuen uns sehr, dass wir als Kleinunternehmen in Hessen durch die Entwicklung und Fertigung der Bunch-Kompressoren einen wichtigen Beitrag zu FAIR, einem weltweit herausragenden Hochtechnologieprojekt, leisten können“, sagt Joachim Scherer, Geschäftsführer der Aurion Anlagentechnik GmbH in Seligenstadt.
Mit dem Ringbeschleuniger von FAIR können Ionen, das heißt elektrisch geladene Atome, von allen Elementen sowie Antiprotonen auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Für den Beschleunigungsvorgang müssen die Teilchen in Pakete gebündelt werden. Bis zu 500 Milliarden Ionen befinden sich in einem Paket. Anschließend werden sie zu den Experimenten geleitet. Von der Art des Experiments hängt es ab, welche Ausdehnung die Ionenpakete haben müssen. Mit dem Bunch-Kompressor können besonders kurze Pulse erzeugt werden, die zum Beispiel für Experimente der Plasmaphysik oder nuklearen Astrophysik benötigt werden.
„Während des Beschleunigungsvorgangs haben die Pakete eine zeitliche Länge von 200 bis 300 Nanosekunden. Für einige Experimente ist das zu lang, sie benötigen die vielen Ionen in einem kürzeren Zeitraum“, erklärt Peter Spiller. „Das Bunch-Kompressor-System dient dazu, das Ionenpaket auf 30 bis 90 Nanosekunden zu verkürzen. Dazu nutzen wir elektrische Hochfrequenzfelder, die den Ionenpuls durch Rotation im Phasenraum komprimieren.“
„Der Bunch-Kompressor hat eine Grundfläche von zwei Metern auf 1,20 Meter und eine Höhe von 2,10 Metern und wiegt rund zwei Tonnen. Zentrale Bauelemente sind zwei mal acht Scheiben spezieller magnetischer Legierungen, die um das Strahlrohr angeordnet sind, und durch die eine Hochfrequenzspannung von 40 000 Volt erzeugt werden kann“, beschreibt der Hochfrequenzphysiker Hans Günter König aus der GSI-Abteilung "Ring RF" das Gerät. Er war mit seinem Kollegen Peter Hülsmann hauptsächlich für die technische Umsetzung des Projekts und die Kommunikation mit dem Hersteller zuständig. „Als nächster Schritt stehen umfangreiche Tests des Geräts an, die auf dem Teststand für Hochfrequenzanlagen bei GSI durchgeführt werden. Sie sollen im Frühjahr 2016 abgeschlossen sein. Hat der Bunch-Kompressor alle Tests bestanden, kann die Serienfertigung beginnen."
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit. Die bereits existierende GSI-Beschleunigeranlage wird Teil von FAIR und dient als erste Beschleunigungsstufe. Ingenieure und Wissenschaftler werden dafür in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen vorantreiben, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3 000 Wissenschaftler aus aller Welt werden an FAIR Spitzenforschung betreiben. In einzigartigen Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.
]]>Der Green IT Cube ist ein besonders energieeffizientes, platzsparendes und kosteneffizientes Höchstleistungs-Rechenzentrum. Anstatt mit Luft kühlt er seine Rechner mit Wasser. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung – statt 30 bis 100 Prozent bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung. Der Green IT Cube wird 300.000 Rechenkerne beherbergen. Wissenschaftler nutzen ihn, um Simulationen durchzuführen, Detektoren für FAIR zu entwickeln und Messdaten von Experimenten an den Beschleunigeranlagen von GSI und in Zukunft von FAIR auszuwerten.
Al-Wazir kommentierte den Besuch beispielsweise auf Twitter: "Einer der drei (weil wassergekühlten) energieeffizientesten Rechner der Welt. Wo? Natürlich in Darmstadt, bei der GSI" und dokumentierte die Tour mit Fotos auf Facebook und auf Twitter.
]]>Die Jugendlichen waren aufgerufen Daten des ALICE-Experiments auszuwerten und zu interpretieren. Unter fachgerechter Anleitung von Wissenschaftlern analysierten sie eigenhändig aktuelle Daten, die in Proton-Proton-Kollisionen und in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma – ein Materiezustand, der im Universum während der ersten Mikrosekunden nach dem Urknall vorhanden war. 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-Plasma.
In einem Rundgang durch die Forschungsanlage besichtigten die Schüler außerdem den FAIR-Speicherring CRYRING und sahen sich Experimente an den GSI-Beschleunigern an.
Grundidee des Programms ist, dass die Schüler weitgehend selbst wie ein Forscher arbeiten. Dazu gehört auch die Videokonferenz zum Abschluss des Tages. In einer Konferenzschaltung mit Schülergruppen von Universitäten in Frankfurt, Münster und Zagreb sowie dem CERN präsentierten und diskutierten die Jugendlichen ihre Messergebnisse.
Rund 200 Universitäten und Forschungsinstitute in 47 Ländern nehmen dieses Jahr an den International Masterclasses teil. Veranstalter ist die International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Alle Veranstaltungen in Deutschland finden in Zusammenarbeit mit dem Netzwerk Teilchenwelt, dem bundesweiten Netzwerk zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte, statt. Ziel ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen.
ALICE ist eines der vier großen internationalen Experimente, die am Large Hadron Collider (LHC) aufgebaut sind. Es ist das Experiment am LHC, das speziell auf die Untersuchung von Stößen zwischen schweren Atomkernen bei sehr hohen Energien ausgelegt ist. Wissenschaftler des GSI und deutscher Universitäten waren von Anbeginn an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Das GSI-Rechenzentrum ist ein fester Bestandteil des Computernetzwerks für die Datenauswertung des ALICE-Experiments.
Horst Stöcker ist leitender Wissenschaftler in der GSI-Forschungsabteilung „Theorie“ und Judah M. Eisenberg Professor Laureatus der Goethe-Universität Frankfurt sowie Senior Fellow des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS). Er war in den Jahren 2007 bis 2015 der Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und zweimal Vizepräsident der Helmholtz-Gemeinschaft. Er erhielt des Weiteren bereits die Ehrendoktorwürde der Universität Bukarest, Rumänien, und der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau.
Stöcker analysierte bereits in seiner Diplomarbeit vor mehr als 40 Jahren einige der frühesten Daten aus dem JINR-Beschleuniger Synchrophasotron, dem ersten relativistischen Schwerionenbeschleuniger. In den vergangenen Jahren leistete Stöcker wissenschaftliche Beiträge zum Verständnis der Dynamik von Hadronen- und Schwerionenstößen sowie der zugrunde liegenden Phasenstruktur der Quantenchromodynamik am NICA-Collider, der aktuell am JINR gebaut wird, sowie an den komplementãren Hochenergie-Collidern RHIC in USA und LHC in der Schweiz. Besonders lag Stöcker daran, die Differenzierung zu dem bei GSI entstehenden FAIR-Beschleunigerkomplex mit seinen Alleinstellungsmerkmalen – höchsten Intensitäten und Qualitäten der Strahlen von Schwerionen, Antiprotonen und seltsamer Materie bis zu bisher unbekannten Isotopen – deutlich zu machen.
Weitere Empfänger der JINR-Ehrendoktorwürde waren Professor Jemal Khubua, Professor an der Universität Tbilsi, Georgien, und Professor Yuri Oganessian, Elemententdecker und Leiter des Flerov-Labors für Kernreaktionen des JINR.
Das JINR ist ein internationales Zentrum zur Erforschung der Grundlagen und Anwendungen der Kernphysik, dessen Gründung sich dieses Jahr zum sechzigsten Male jähren wird – es wurde als Pendant zum Forschungszentrum CERN in der Schweiz nahezu zeitgleich in Dubna gegründet.
]]>Friman berichtete in seinem Vortrag „Gravitationswellen – Kräuselungen der Raumzeit“ über den von der LIGO-Kollaboration in den USA vermeldeten ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen. Er erläuterte die Grundlagen zur Entstehung der Wellen, die Albert Einstein bereits vor 100 Jahren vorhergesagt hatte. Anschließend berichtete er über mögliche Messmethoden und den zuvor erfolgten indirekten Nachweis mithilfe von Pulsaren. Die aktuelle Messung von Gravitationswellen ging auf eine Verschmelzung von zwei schwarzen Löchern zurück. Weitere mit terrestrischen Interferometern nachweisbare Quellen von Gravitationswellen könnten schnell rotierende Neutronensterne, Supernovae sowie Doppelsysteme aus Neutronensternen sein. Bengt Friman demonstrierte die aktuellen Messungen der LIGO-Kollaboration im Vergleich mit Simulationen und gab einen Ausblick über die Forschung an den Beschleunigeranlagen von GSI und zukünftig an FAIR, mit dem die Erzeugung von Materie, wie sie etwa im Inneren von Neutronensternen existiert, möglich sein wird.
]]>Madhan wurde von der Geschäftsführung von FAIR und GSI begrüßt. Anschließend erhielt er von Professor Karlheinz Langanke, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI, einen Überblick über den Status des FAIR-Projekts und in weiteren Vorträgen über die Kooperationen mit Indien. Anschließend informierte er sich bei einem gemeinsamen Mittagessen mit indischen Studenten und Wissenschaftlern über die wissenschaftlichen Arbeiten und die Ausbildung auf dem Campus. Auf einem Rundgang durch die bestehenden Anlagen besuchte er die Beschleuniger, den Green IT Cube, den HADES-Detektor, den Therapieplatz sowie das FAIR-Baufeld.
]]>Der Eintritt ist frei, eine Voranmeldung ist nicht erforderlich. Besucher bringen bitte für den Einlass ein gültiges Ausweisdokument mit.
Gravitationswellen sind Kräuselungen der Raumzeit. Sie wurden bereits von Albert Einstein vor 100 Jahren vorhergesagt, konnten jedoch bisher nur indirekt nachgewiesen werden. Am 11. Februar 2016 berichteten Forscher der LIGO-Kollaboration über die erste erfolgreiche direkte Messung von Gravitationswellen. Somit beginnt ein neues Kapitel in der Astronomie. Bengt Friman, Leiter der Forschungsabteilung Theorie an der GSI, wird in seinem Vortrag die Grundlagen zur Entstehung und zum Verständnis von Gravitationswellen sowie die Messmethode und die aktuellen Ergebnisse der LIGO-Messung erörtern. Außerdem wird er darlegen, wie die Forschung bei GSI und zukünftig bei FAIR damit verknüpft ist. An den Beschleunigeranlagen lässt sich die kosmische Materie direkt im Labor erzeugen und untersuchen.
FAIR wird eine der größten und komplexesten Beschleunigeranlagen weltweit. Ingenieure und Wissenschaftler werden dafür in internationaler Zusammenarbeit technologische Neuentwicklungen in vielen Bereichen vorantreiben, zum Beispiel in der Informationstechnologie oder in der Supraleitungstechnik. Rund 3000 Wissenschaftler aus aller Welt werden an FAIR Spitzenforschung betreiben. In einzigartigen Experimenten werden sie grundlegend neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewinnen.
"Mit FAIR wird in Darmstadt ein herausragendes internationales Technologieprojekt für die Forschung realisiert. Dies sehe ich als eine ausgesprochen interessante Aufgabe an, in die ich gerne meine Erfahrungen aus dem Großanlagenbau einbringen möchte", sagt Jörg Blaurock.
Jörg Blaurock, Jahrgang 1964, studierte Maschinenbau an der Helmut-Schmidt-Universität in Hamburg während seiner Offizierslaufbahn in der Bundeswehr, wo er bis zum Jahr 1994 tätig war. Anschließend arbeitete er für die Großanlagenbauer Uhde GmbH und Lurgi GmbH in der schlüsselfertigen Herstellung von petrochemischen Industrieanlagen an verschiedenen internationalen Standorten. Seit dem Jahr 2007 war er bei Alstom, heute General Electric, in mehreren Funktionen tätig, zuletzt für die General Electric Deutschland GmbH in Stuttgart. Dort verantwortete er als Geschäftsführer die schlüsselfertige Lieferung von Großdampferzeugern fossiler Kraftwerke zur Stromerzeugung.
]]>In den GSI- und zukünftig in den FAIR-Beschleunigern muss ein sehr hohes Vakuum herrschen, damit die beschleunigten Teilchen nicht durch Kollision mit den übrig gebliebenen Gasteilchen verloren gehen. Zur Erzeugung solcher Ultrahochvakua in Beschleunigeranlagen setzen die Forscher unter anderem gasbindende Materialien, sogenannte nicht-verdampfbare Getter (NEG), ein. Dazu werden die Innenwände der Vakuumkammern mit speziellen Materialien beschichtet, die bestimmte Gase an ihre Oberfläche binden und diese somit „pumpen“. Im Rahmen seiner Diplomarbeit stellte Nordmann eine NEG-Schicht aus Titan, Zirkonium und Vanadium her. Die Qualität der Schicht untersuchte er mithilfe von spektroskopischen Verfahren und charakterisierte das Pumpverhalten für unterschiedliche Gase wie Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenmonoxid. Die Erkenntnisse helfen beispielsweise beim Einsatz von NEG-Schichten im Rahmen des FAIR-Projekts.
Empfängerin des zweiten Preises in Höhe von 500 Euro war Jannette Hofmann. Sie entwickelte ein hochgenaues interferometrisches Positionsmessverfahren für die Mikroskopie. Aus ihrer Arbeit, bei der sie mit Leica Microsystems kooperierte, resultiert eine Patentanmeldung.
]]>Der Green IT Cube ist ein besonders energieeffizientes Rechenzentrum, weil der Energieaufwand für die Kühlung der Computer im Vergleich zu herkömmlichen Rechenzentren sehr gering ist. Anstatt mit Luft kühlt der Green IT Cube seine Rechner mit Wasser. Dadurch entspricht der Energieaufwand für die Kühlung weniger als sieben Prozent der für das Rechnen aufgewendeten elektrischen Leistung. Bei herkömmlichen Rechenzentren mit Luftkühlung sind dies 30 bis 100 Prozent. Dafür sind hohe Hallen oder Kalt- und Warmgangsysteme mit einer aufwändigen Klimatisierung notwendig.
Das effektive Kühlverfahren ermöglicht es die Rechner im Green IT Cube platzsparend unterzubringen. In einem 27 x 30 x 22 Meter großen würfelförmigen Gebäude können 768 Rechnerschränke in sechs Stockwerken dicht an dicht angeordnet werden. Durch die gleichzeitige Energie- und Platzersparnis ist der Green IT Cube sehr kosteneffizient. Die Investitionskosten für das Rechenzentrums-Gebäude von rund zwölf Millionen Euro wurden aus Mitteln des Bundes und des Landes Hessen über Helmholtz-Ausbauinvestitionen finanziert.
Den Green IT Cube nutzen Wissenschaftler, um Simulationen durchzuführen und Detektoren für FAIR zu entwickeln. Außerdem werden sie Messdaten von Experimenten an den Beschleunigeranlagen GSI und in Zukunft von FAIR auswerten, 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 bezüglich Rechenleistung, Speicherkapazität und Zugriffsgeschwindigkeit gerecht werden.
„Das neue Rechenzentrum Green IT Cube ist ein wichtiger Meilenstein für das zukünftige Beschleunigerzentrum FAIR“, erklärt Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung und Vorsitzender des GSI-Aufsichtsrats und des FAIR-Councils, Dr. Georg Schütte. „Es zeigt außerdem, dass internationale Forschungsprojekte wie FAIR zahlreiche neue Technologien hervorbringen, die für die Gesellschaft insgesamt wichtig sein können: Angesichts des großen Bedarfs an Rechenleistung und der Notwendigkeit Energie zu sparen, hat die Technologie des Green IT Cube das Potenzial für eine breite Anwendung.“
„Wir freuen uns, dass hier in Darmstadt Spitzenforschung betrieben wird und dass dadurch in Hessen Maßstäbe in der IT-Technologie und beim Thema Energiesparen gesetzt werden“, sagt Staatssekretär im Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst Ingmar Jung. „Der Green IT Cube ist ein Beispiel für erfolgreiche Grundlagenforschung, die auch der Industrie und Wirtschaft Hessens zugutekommt.“
„Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung und dem Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst, die den Bau des Green IT Cube über die Helmholtz-Ausbauinvestitionen finanziert haben. Und wir danken den Entwicklern des Green IT Cube, die hervorragende Arbeit geleistet haben“, lobt Professor Karlheinz Langanke, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI. „Mit dem Green IT Cube werden unseren Wissenschaftlern die Rechenkapazitäten zur Verfügung stehen, die sie schon heute und in Zukunft bei GSI und FAIR brauchen. Später wird der Green IT Cube das zentrale Rechenzentrum für FAIR.“
Zurzeit sind zwei Stockwerke des Green IT Cube mit einer Kühlleistung von vier Megawatt ausgebaut. Im Endausbau wird er eine Kühlleistung von zwölf Megawatt erreichen. Dort können rund 300.000 Rechenkerne (CPUs) untergebracht werden, die ungefähr 100.000 PCs entsprechen. Sie bieten die hohe Rechenleistung, die für die Simulation und Auswertung von Experimenten an GSI und FAIR gebraucht wird. Für die Speicherung von Experimentdaten sind 100 Petabyte eingeplant, was rund einer Millionen Festplatten herkömmlicher PCs entspricht. Mit einer Geschwindigkeit von über einem Terabyte pro Sekunde können die sehr hohen Datenraten der Experimente aufgezeichnet werden. Dies entspricht rund 500.000 privaten DSL-Anschlüssen.
Ab Februar werden die existierenden GSI-Rechner in den Green IT Cube umziehen; unter ihnen das Rechnersystem L-CSC, das auf der Weltrangliste der energieeffizientesten Höchstleistungscomputer „Green 500“ den dritten Platz (bis Juni 2015 Platz 1) belegt. Mit einem Watt elektrischer Leistung erzielt der L-CSC eine Recheneffizienz von 5,27 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde. Seine Rechenleistung beträgt eine Billiarde Rechenoperationen pro Sekunde (1 Petaflop pro Sekunde).
Entwickelt wurde der Green IT Cube in Zusammenarbeit mit dem Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) und der Goethe-Universität Frankfurt von Professor Volker Lindenstruth, Leiter der GSI-Informationstechnologie, seinem Team und seinem Kollegen Professor Horst Stöcker. Das Konzept des Green IT Cube wurde bereits mehrfach ausgezeichnet. Unter anderem erhielt das Rechenzentrums- und Rechnerkonzept den "Green IT Best Practice Award", der 2011 unter der Schirmherrschaft des Bundeswirtschaftsministeriums verliehen wurde. Im Juni 2015 erhielt der Green IT Cube beim Europäischen Kongress für Rechenzentren und Cloud-Computing „Datacloud 2015“ eine internationale Auszeichnung als innovativstes Rechenzentrum.
<link de presse mediathek internal-link-new-window internal link in current>GSI-Bilderdatenbank
]]>Download von "target" – Ausgabe 13, Januar 2016 (PDF, 6 MB)
<link presse gsi_magazin_target.htm internal-link internal link in current>Abonnement und target-Archiv
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Die atomare Wechselwirkung zwischen Atomkern und Elektronen wird mit Hilfe der Quantenelektrodynamik gebundener Zustände (BS-QED) beschrieben, eine der am besten überprüften Theorien in der Physik. Bisher konnte in keiner Messung eine Abweichung von den theoretischen Vorhersagen der BS-QED beobachtet werden. In ihren aktuellen Untersuchungen haben die Wissenschaftler das magnetische Moment gebundener Elektronen in starken elektromagnetischen Feldern überprüft, wie sie zum Beispiel an der Oberfläche schwerer Atomkerne auftreten. Charakterisiert wird das magnetische Moment durch den sogenannten g-Faktor. Im Experiment haben die Wissenschaftler die g-Faktoren zweier Kalzium-Isotope verglichen. „Durch diesen Vergleich ist es uns gelungen alle Einzelheiten der Bewegung der Elektronen und des Kerns zu berücksichtigen und eine präzise Aussage über das Kernverhalten der hochgeladenen Ionen zu machen“, erläutert Dr. Wolfgang Quint, Physiker bei GSI.
Die experimentelle Bestimmung der Differenz der g-Faktoren von lithiumähnlichem Kalzium-48 und Kalzium-40, d.h. Kalziumatomen, die nur noch drei Elektronen in ihrer Hülle enthalten, erfolgte an zwei Experimentaufbauten. In einem Experiment an der Universität Mainz wurde jeweils ein einzelnes Atom der Kalzium-Isotope in dem 3,8 Tesla starken Magnetfeld einer Apparatur bestehend aus drei Penning-Fallen eingefangen und über mehrere Monate gespeichert. Mittels Einstrahlung von Mikrowellen wird die Ausrichtung des äußeren gebunden Elektrons wiederholt umgeklappt und die Schwingungsfrequenz des Elektrons ermittelt.
In einem zweiten Experiment am GSI Helmholtzzentrum wurde die Masse des Kalzium-Isotops Ca-48 mit siebenfach höherer Präzision als bisher gemessen. „Mit der der Ionenfalle SHIPTRAP bei GSI können wir Kalzium-Isotope einfangen und ihre Masse sehr genau bestimmen. Die Kalzium-Ionen werden durch Magnetfelder in der Falle gehalten und kreisen auf einer winzigen Spiralbahn mit einer bestimmten Frequenz, aus der sich direkt die Masse berechnen lässt“, erklärt der für den Experimentaufbau verantwortliche GSI-Wissenschaftler Professor Michael Block das Experiment. Aus den erhalten Messdaten wurde der Unterschied der g-Faktoren mit einer Genauigkeit von zehn Milliardstel bestimmt sowie erstmalig die Bewegung des Kerns vollständig berücksichtigt. Damit bildet das Experiment die Grundlage für eine neue Generation von Tests der BS-QED und ebnet den Weg für weitere grundlegende Präzisionsmessungen in der Atomphysik.
Beteiligte Institute:
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt
Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Helmholtz-Institut Mainz, Mainz
Institut für Kernchemie, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz
Department of Physics, St Petersburg State University, St Petersburg, Russland
Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Dresden, Dresden
Institute for Theoretical and Experimental Physics, Kurchatov Institute, Moskau, Russland
Petersburg Nuclear Physics Institute, St Petersburg, Russland
Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität, Mainz
Protonen und Neutronen werden in individuellen Schalen in Atomkernen angeordnet. Atomkerne mit einer Anzahl, die eine gewisse Protonen- oder Neutronenschale auffüllt, sind stabiler als andere. Für Protonen ist 82 die letzte bekannte dieser sogenannten "magischen" Zahlen, für Neutronen 126. Blei-208 – mit 82 Protonen und 126 Neutronen – besitzt somit den schwersten bisher bekannten doppelt-magischen Kern. Seit Jahrzehnten versuchen Wissenschaftler zu ermitteln, wie viele Protonen die nächste Schale aufzunehmen vermag, deren Abschluss zu einer "Insel der Stabilität" in der Region der superschweren Elemente führen sollte. Aktuelle theoretische Modelle sind sich nach wie vor uneinig: Einige sagen 114 voraus, andere eher 120 oder sogar 126. Element 114 ist zwar bekannt. Davon kann aber nur etwa ein Atom pro Tag produziert und untersucht werden, was für detailliertere Studien nicht ausreicht. Die Elemente 120 und 126 wurden noch nicht entdeckt. Wissenschaftler suchen deshalb anderweitig nach Daten, die eine Verfeinerung der Modelle ermöglichen.
Eine internationale Forschergruppe um Dr. Jadambaa Khuyagbaatar vom Helmholtz-Institut Mainz und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung hat nun untersucht, wie sich dieser letzte bekannte Neutronenschalenabschluss bei schwereren Elementen verhält. Im Zentrum stand die Frage, ob der stabilisierende Effekt in diesen zunehmend instabilen Kernen so dominant bleibt wie in Blei-208. Dazu wurden exotische Atomkerne von Uran erzeugt. In der Natur vorkommendes Uran (z.B. Uran-238) besitzt deutlich mehr als 126 Neutronen, weswegen erst das bisher unbekannte Uran-221 erzeugt werden und auch detaillierte Daten zu Uran-222 gemessen werden mussten. Von diesem Kern waren bisher erst drei Atome in einem Experiment im Jahre 1983 beobachtet worden.
In ihrem Experiment bei GSI bestrahlten die Wissenschaftler eine Folie, auf welche Ytterbium-176 (Element 70) aufgebracht war, mit einem intensiven Titan-50-Ionenstrahl (Element 22). Die vollständige Verschmelzung zweier Atomkerne führte zu Kernen des Urans (Element 92), die im gasgefüllten Separator TASCA isoliert und zu einem Detektionssystem gelenkt wurden, in dem ihr Zerfall gemessen werden konnte. Dies ermöglichte die Untersuchung der Instabilität dieser Kerne, die innerhalb von Mikrosekunden zerfielen. Solch kurze Lebensdauern konnten nur dank eines neuen Datenaufnahmesystems und fortgeschrittenen Techniken zur Datenauswertung gemessen werden. Die Analyse kombinierter Daten von Isotopen von Blei bis hoch zu Uran mit Neutronenzahlen um 126 ergab, dass 126 in Uran keine ausgeprägte magische Zahl mehr zu sein scheint. Diese Ergebnisse können in Modelle eingespeist werden, die Wissenschaftlern bei der Suche nach neuen superschweren Elementen hilft.
Originalveröffentlichung in Physical Review Letters 115
Mit einem Aufwand von jährlich knapp 1,34 Millionen Euro finanzieren GSI und TU Darmstadt hauptsächlich Stipendien und Vergütungen für Doktorandinnen und Doktoranden sowie PostDoc-Stellen. Der Verlängerungsvertrag führt die bilaterale Kooperationsvereinbarung zwischen GSI und TU Darmstadt vom 17. Dezember 2009 fort. Die strategische Zusammenarbeit zielt auf Forschung in der Kern- und Strahlenphysik, aber auch auf Fortschritte in der Materialforschung und der Strahlenmedizin sowie in der Grundlagenforschung zur Ionenstrahl-Therapie.
Der Kooperationsvertrag basiert auf einer Rahmenvereinbarung über die strategische Zusammenarbeit beim Aufbau und der wissenschaftlichen Nutzung von FAIR aus dem November 2008. Neben GSI und TU Darmstadt sind das Frankfurt Institute for Advanced Studies und die Universitäten Frankfurt, Gießen, Heidelberg, Jena und Mainz weitere Partner.
FAIR
Das Beschleunigerzentrum FAIR, das bei GSI errichtet wird, ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. Ihr Herzstück ist ein Ringbeschleuniger mit einem Umfang von 1100 Metern, an den sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen anschließt. Die bestehende GSI-Anlage wird Teil der FAIR-Beschleunigeranlage und dient als erste Beschleunigungsstufe. FAIR ermöglicht eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall erwarten.
]]>Yuri Litvinov konnte das Gremium des Europäischen Forschungsrats mit seinem Forschungsantrag überzeugen und sich bei über 2050 Mitbewerbern durchsetzen. Dabei geht es um die Physik der Sterne, in denen die Elemente unseres Periodensystems entstehen. Besonders interessant sind exotische Atomkerne, die als Zwischenprodukte der Elementsynthese auftreten, die jedoch nirgends auf der Erde natürlich vorkommen und künstlich mit Beschleunigern hergestellt werden müssen.
Um exotische Atomkerne zu erzeugen und zu speichern, braucht Litvinov eine Anlage wie sie bei GSI existiert. Mithilfe der Beschleunigeranlage können diese hergestellt und anschließend in den Experimentierspeicherring (ESR) eingespeist werden, in dem sie dann untersucht werden können. Ergänzt wird der ESR, der einen Umfang von 108 Metern besitzt, durch den Speicherring „Cryring“ mit einem Umfang von 54 Metern. Der Cryring wird gerade in den GSI-Hallen aufgebaut. Er wurde aus Schweden geliefert und wird später Teil der zukünftigen Beschleunigeranlage von FAIR.
Die in den Ringen gespeicherten Atomkerne möchte Litvinov mit seinem Team genau vermessen: Sowohl ihre Masse als auch ihre Lebensdauer sowie die Wege, auf denen sie zu anderen Kernen zerfallen, sind wichtig, um zu verstehen welche Rolle sie bei der Elementsynthese in den Sternen spielen. Dafür plant der Physiker die Entwicklung neuer sensitiver Detektoren.
Die Experimente von Litvinov werden den Weg bereiten für Experimente an der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR. An FAIR werden Wissenschaftler hunderte exotische Atomkerne herstellen können, die mit heutigen Methoden nicht zugänglich sind.
Litvinov hat in St. Petersburg Physik studiert und ist seit 1999 Wissenschaftler bei GSI. Mit Professor Hans Geissel als Doktorvater hat er 2003 eine Doktorarbeit an der Universität Giessen mit Auszeichnung verteidigt. Im Jahr 2009 ging er für zwei Jahre zum Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, wo er 2011 an der Universität Heidelberg habilitierte. Seit 2011 ist Litvinov in APPA/SPARC Kollaboration unter der Leitung von Professor Thomas Stöhlker aktiv involviert. Er ist unter anderem Koordinator der ESR-Experimente und seit 2012 Leiter der SPARC Detektoren-Abteilung für FAIR.
]]>Vorausgegangen ist eine Phase intensiver Arbeiten, um den LHC und die Kette seiner Vorbeschleuniger für Schwerionenstrahlen zu konfigurieren, angefangen mit dem von GSI in den 90er Jahren entwickelten und gebauten Ionen-Injektor, ohne den der jetzige Schwerionen-Betrieb am LHC nicht möglich wäre. Am 25. November war es dann soweit: "stabiler Strahl" wurde gemeldet, was den Beginn einer fast einmonatigen Strahlzeit mit positiv geladenen Blei-Ionen markierte.
In derartigen Kollisionen wird kurzzeitig ein Quark-Gluon-Plasma produziert, eine Form von Materie, die nur bei extrem hohen Temperaturen oder Dichten existieren kann und die charakteristisch für die Eigenschaften unseres Universums kurz nach dem Urknall ist. An der Untersuchung dieses Quark-Gluon-Plasmas beteiligen sich in der gerade begonnen Strahlzeit alle vier großen LHC-Experimente, insbesondere auch das ALICE-Experiment, das für derartige Studien speziell ausgelegt ist und an dem Mitarbeiter von GSI maßgeblich beteiligt sind.
Die ALICE-Gruppe von GSI ist mitverantwortlich für den Betrieb der zwei größten Detektorsysteme in ALICE. Die Zeitprojektionskammer (TPC) und der Übergangsstrahlungsdetektor (TRD) wurden unter wesentlicher Beteiligung von GSI-Mitarbeitern der ALICE-Gruppe und des Detektorlabors entwickelt und aufgebaut. Auch das intelligente Triggersystem HLT, mit dem die Daten schon während der Datennahme gefiltert und komprimiert werden, ist unter GSI-Beteiligung entstanden. Die IT von GSI ist am weltweit verteilten Netzwerk (Grid) zur Analyse der Daten beteiligt. Darüber hinaus werden die Computer-Farmen von GSI speziell von den deutschen ALICE-Gruppen für Analysen genutzt.
Mit dem ALICE-Experiment werden nun in den kommenden Wochen hunderte von Millionen Kollisionen von Blei-Atomkernen registriert. Das abgebildete Ereignis, das nur Minuten nach dem Beginn der neuen Messkampagne am LHC aufgenommen wurde, zeigt eine typische Kollision mit mehreren Tausend rekonstruierten Spuren, die geladene Teilchen in der TPC hinterlassen haben. Erste physikalische Resultate werden schon bald erwartet, wobei auch an der Datenanalyse Mitarbeiter und Doktoranden von GSI federführend beteiligt sind. Ein Schwerpunkt liegt hier zunächst auf der Messung von Impulsverteilungen der in den Kollisionen produzierten Teilchen. Diese versprechen einen ersten Einblick in die Eigenschaften des Quark-Gluon-Plasmas bei der größten jemals erreichten Energiedichte.
]]>In ihrer Masterarbeit an der Universität Heidelberg hat Anne Merle Reinhart die physikalische Charakteristik von leichten geladenen Fragmenten, die bei einer Therapiebestrahlung mit 12C Ionen entstehen, experimentell untersucht. Mit einer von ihr entwickelten 3D-Bildgebungsmethode konnte sie zeigen, dass die Spurrekonstruktion von geladenen Fragmenten vielversprechende Möglichkeiten für die Überwachung von Therapiebestrahlungen in Echtzeit bietet.
Dr. Christian Schömers entwickelte im Rahmen seiner Dissertation an der Goethe-Universität Frankfurt eine neuartige dynamische Intensitätsregelung für den Synchrotron-Beschleuniger am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT). Damit können die Anforderungen des Rasterscan-Bestrahlungsverfahrens an die Ionenstrahlintensität wesentlich besser als bisher realisiert werden. Dieses Verfahren das bereits für die Patientenbehandlung eingesetzt wird, verbessert die Bestrahlungsqualität und erhöht die Effizienz des Bestrahlungsvorgangs. Damit wird eine deutliche Verkürzung der Bestrahlungszeit erreicht.
In ihrer Dissertation an der TU Kaiserslautern hat Dr. Clarissa Gillmann erstmals einen direkten Vergleich der Qualität von Bestrahlungsplänen von aktiven und passiven Bestrahlungssystemen anhand realistischer klinischer Fälle durchgeführt. Dabei konnte die Rasterscan-Bestrahlung im Vergleich zur passiven Bestrahlungstechnik, insbesondere bei 1-Feld-Bestrahlungen, besser an das Zielvolumen angepasst werden. Im zweiten Teil ihrer Arbeit analysierte sie realitätsnah, wie sich die klinische Implementierung eines von GSI-Biophysikern entwickelten neuen radiobiologischen Modells (LEM-IV) auswirken würde.
Der Verein zur Förderung der Tumortherapie fördert die Aktivitäten im Rahmen des Forschungsprojekts „Tumortherapie mit schweren Ionen" bei GSI mit dem Ziel, durch Weiterentwicklung des Systems die Behandlung von Tumoren zu verbessern und der allgemeinen Patientenversorgung zur Verfügung zu stellen. An der Beschleunigeranlage bei GSI wurden seit 1997 über 400 Patienten mit Tumoren, in der Regel im Gehirn, mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen zum Teil bei über 90 Prozent und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten seit 2009 routinemäßig mit schweren Ionen behandelt. Am 11. November 2015 wurde das Marburger Ionenstrahl-Therapiezentrum eröffnet und damit eine zweite große Therapie-Anlage mit 12C-Ionen und Protonen in Deutschland in Betrieb genommen.
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Für seine Doktorarbeit hielten Mooser und seine Kollegen über 13 Monate hinweg ein einzelnes Proton bei minus 268 Grad Celsius gefangen, um so das magnetische Moment des Protons zu messen. Dies machte ein hochpräzises Gerät möglich, die sogenannte Doppelpenning-Falle. Gemeinsam mit Wissenschaftlern von GSI, dem Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg und der japanischen Forschungseinrichtung RIKEN entwickelte Mooser diese vakuumisolierte Apparatur mit höchster Sensitivität für die Experimente an der Universität Mainz. „So konnten wir einzelne Quantensprünge des Protonenspins detektieren”, erklärt er. Besonders interessant ist das magnetische Moment des Protons für das Rätsel um Antimaterie in unserem Universum. So können der präzise Vergleich der magnetischen Momente von Antiproton und Proton Einblicke liefern, weshalb sich nach dem Urknall Materie und Antimaterie nicht vollständig gegenseitig vernichteten und ein Überschuss an Materie übrig blieb, aus dem unsere Welt entstand. Kürzlich durchgeführte Experimente der BASE-Kollaboration am CERN, der Mooser mittlerweile angehört, zeigten, dass beide Ladungs-zu-Masse Verhältnisse gleich groß sind.
„Ich fühle mich geehrt und freue mich sehr, dass meine Arbeit mit dem GSI-Doktorandenpreis ausgezeichnet wurde“, sagte Andreas Mooser, der seine Doktorarbeit an der Universität Mainz, dem Helmholtz Institut Mainz und bei GSI schrieb. „Die Messung des magnetischen Moments des Protons ebnet den Weg für zukünftige Forschung zur fehlenden Antimaterie im Universum.“
Pfeiffer Vacuum und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung verbindet eine langjährige Partnerschaft. Vakuumlösungen von Pfeiffer Vacuum werden dort seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Dr. Ulrich von Hülsen, Mitglied der Geschäftsleitung der Pfeiffer Vacuum Technology AG, gratulierte dem Preisträger: „Die Unterstützung von Nachwuchswissenschaftlern in der Spitzenforschung ist für Pfeiffer Vacuum von großer Bedeutung. Seit 125 Jahren setzt Pfeiffer Vacuum Maßstäbe in der Vakuumtechnik. Das Unternehmen blickt auf eine von Pioniergeist und Leidenschaft geprägte Erfolgsgeschichte zurück, die von Beginn an zum technologischen Fortschritt von Industrie und Wissenschaft beigetragen hat."
„Die hervorragenden Forschungsmöglichkeiten an der GSI-Beschleunigeranlage und die Entwicklung der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR locken viele junge Wissenschaftler aus aller Welt zur GSI“, sagte Professor Karlheinz Langanke, Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI. „Sie leisten mit ihrer innovativen Ideen wichtige Beiträge zur Entwicklung der neuen Beschleuniger und Detektoren.“
Der GSI-Doktorandenpreis wird jährlich für die beste Doktorarbeit ausgeschrieben. Teilnahmeberechtigt ist, wer im vorangegangenen Jahr promoviert worden ist und 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 über 300 Doktorandinnen und Doktoranden im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) an ihren Promotionsarbeiten an GSI und FAIR.
]]>Mit der Messung zweier Ladungszustände des gleichen Isotops können große Unsicherheiten in der theoretischen Vorhersage der Einflüsse des Atomkerns auf die Hyperfeinstruktur umgangen werden. Obwohl 2011 neben der schon seit 1994 bekannten Übergangsenergie in wasserstoffähnlichem Wismut auch die Resonanz in lithiumähnlichem Wismut gefunden wurde, konnte durch zu hohe Unsicherheiten in der Bestimmung der Ionengeschwindigkeit kein ausreichend genauer Wert ermittelt werden. „Mit Hilfe einer genauen Hochspannungsmessung und verbesserter Datenaufnahme und Detektoren konnten diese Unsicherheiten in dem Versuch am GSI-Speicherring um eine Größenordnung verringert werden“, erklärte Ullmann, der seine Doktorarbeit an der Uni Jena und bei GSI schreibt. Gemeinsam mit Hochspannungsexperten der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, Detektorspezialisten der Universität Münster und der Arbeitsgruppe von Professor Nörtershäuser an der TU Darmstadt führte Ullmann die Experimente durch.
Der Giersch-Excellence-Grant wird jedes Jahr an bis zu 24 Doktoranden der Graduiertenschule HGS-HIRe verliehen. Bei der Preisverleihung, die auf dem Campus Riedberg stattfand, wurden auch die Preisträger der Giersch-PostDoc-Startups 2015 bekannt gegeben. Insgesamt vergab die Stiftung Giersch 100 000 Euro an Nachwuchsforscher.
]]>Am MIT wird eine effiziente und nebenwirkungsarme Krebstherapie bis zu 750 Menschen jährlich zur Verfügung stehen. Nach dem Vorbild des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums wurde in Marburg eine Anlage zur Bestrahlung mit Ionen gebaut, die auf Forschung und Entwicklung von GSI, dem Uniklinikum Heidelberg, dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf beruht.
„Wir freuen uns, dass die Marburger Anlage fertiggestellt werden konnte und dass ab sofort mehr Patienten von der bei GSI entwickelten, sehr wirkungsvollen und schonenden Ionenstrahl-Therapie profitieren können“, sagt Gerhard Kraft, der ehemalige Leiter der Abteilung Biophysik bei GSI. „Sie ist ein herausragendes Beispiel dafür, wie Grundlagenforschung durch gelungenen Technologietransfer der Gesellschaft und den Menschen zugutekommt.“ Karlheinz Langanke, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI, sagt: „Dies ist auch ein großer persönlicher Erfolg für Gerhard Kraft, den Gründer der Ionentherapie bei GSI und Pionier in Europa“.
Bereits in den 1980er Jahren fanden bei GSI erste erfolgversprechende biologische Experimente und technische Entwicklungen zu einer neuartigen Technologie der Bestrahlung von Tumoren mit schweren Ionen statt. Biophysiker arbeiteten eng mit Beschleunigerphysikern, Technikern und Medizinern zusammen, um die Beschleunigeranlage für eine Krebstherapie weiterzuentwickeln. Denn mit dem gleichen Beschleuniger, mit dem auch Supernovae und Neutronensterne erforscht werden, sollten Menschen behandelt werden. Von 1997 bis 2008 wurden die ersten klinischen Studie gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Heidelberg, dem DKFZ und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf durchgeführt: 444 Patienten, die vorwiegend Tumore an der Schädelbasis hatten, wurden mit Kohlenstoff-Ionenstrahlen aus der GSI-Beschleunigeranlage mit großem Erfolg behandelt.
Besonders wirkungsvoll und schonend ist dieses Verfahren, weil Ionenstrahlen in den Körper eindringen und ihre Wirkung verstärkt im Tumorgewebe entfalten, wo sie stecken bleiben. Sie können außerdem durch das bei GSI entwickelte Rasterscanverfahren Punkt für Punkt millimetergenau im schädlichen Tumorgewebe platziert werden, sodass gesundes umliegendes Gewebe geschont wird.
Die im GSI-Pilotprojekt gewonnenen Erkenntnisse flossen direkt in die Konstruktion einer Beschleunigeranlage speziell für den Therapiebetrieb, die einen klinischen Routinebetrieb möglich machen sollte. In Heidelberg wurde daraufhin das Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT gebaut, für das eine deutlich kleinere Beschleunigeranlage von GSI entwickelt wurde. Nach diesem Vorbild wurde auch die Anlage in Marburg errichtet.
]]>Rund 50 Ingenieure und Wissenschaftler mit Unterstützung von Industriepartnern waren in jahrelanger Arbeit an der Entwicklung und dem Bau des Magneten beteiligt. Nun ist er an seinem Einsatzort angekommen. Ein spezieller Schwerlastkranwagen war nötig, um den 60 Tonnen schweren Magneten abzuladen. Auf Luftkissen wurde der Magnet anschließend in die GSI-Experimentierhalle gefahren. Hierbei war Maßarbeit gefragt: das Tor ist nur wenige Zentimeter größer, als der 5,70 Meter lange, 8,60 Meter breite und 4,30 Meter hohe Magnet.
"Der GLAD-Magnet ist ein zentrales Instrument für die Untersuchung exotischer Kerne und ein hervorragendes Beispiel für ein technologisch sehr anspruchsvolles Projekt, das im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit für FAIR nun erfolgreich zu Ende geführt wurde", sagt Haik Simon, der zuständige Projektbereichsleiter von GSI.
Mit GLAD und dem R3B-Experiment wollen Wissenschaftler die Eigenschaften seltener und höchst instabiler Atomkerne untersuchen, die einen hohen Überschuss von Neutronen gegenüber Protonen haben. Die Erforschung dieser neutronenreichen Kerne ist ein entscheidender Schritt zum Verständnis von Sternexplosionen. Dort treten die neutronenreichen Kerne als Zwischenglieder in Reaktionen auf, durch die alle schweren Elemente, wie Blei oder Gold, gebildet werden, die wir heute auf der Erde finden.
GLAD wird zunächst ausführlichen Tests unterzogen, um seine Spezifikationen genau zu verifizieren. Es wird mehrere Monate dauern, bis der neu entwickelte Magnet vollständig in dem Experimentaufbau eingebaut, angeschlossen und seine Spulen auf unter minus 268 Grad Celsius abgekühlt sein werden. Anschließend kann der Magnet für Experimente an der GSI-Anlage eingesetzt werden, bevor er später an der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR zum Einsatz kommt.
An der Beschleunigeranlage von FAIR wird eine Vielzahl sehr neutronenreicher Kerne erstmals in ausreichender Menge erzeugt werden, sodass Wissenschaftler ihre Eigenschaften vermessen können und somit dem Verständnis der Elemententstehung im Universum näher kommen.
]]>Anlässlich der Preisverleihung hielt Langanke auf der Jahrestagung der Koreanischen Physikalischen Gesellschaft den Hauptvortrag (Key Note Talk) über die einmaligen Forschungsmöglichkeiten an der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR bei GSI. Außerdem hielt er eine Vorlesungsreihe für Studenten über Nukleare Astrophysik am APCTP.
Der Preis ist zum Andenken an Benjamin Lee benannt, einem der herausragenden koreanischen theoretischen Physiker, der 1977 durch einen tragischen Autounfall zu früh verstarb. Der Preis wird seit 2012 jährlich verliehen.
Almudena Arcones möchte mit ihrem Team die Entstehung der schweren Elemente wie Gold oder Platin im Universum entschlüsseln. Schwere Elemente, wie wir sie heute auf der Erde finden, entstehen zum Beispiel in Sternexplosionen, sogenannten Supernovae, oder bei Kollisionen von Neutronensternen. Unter diesen extremen Bedingungen können sich schwere Elemente durch Kernreaktionspfade bilden. Tausende instabile, zum Großteil unbekannte Isotope treten dabei als Zwischenglieder auf. Die Physikerin und ihr Team möchten astrophysikalischen Bedingungen und die Reaktionsprozesse im Detail simulieren, um so zu verstehen, warum jedes Element genau in den beobachteten Mengen auftritt. An der späteren Beschleunigeranlage FAIR wird es möglich sein, die Physik der schweren Kerne experimentell zu überprüfen.
„Die Förderung durch den ERC Starting Grant ist ein großartiger Erfolg. Mit den Simulationen zur Elementsynthese bringt sie unser Forschungsgebiet weiter voran und stärkt die Zusammenarbeit zwischen GSI und TU Darmstadt. Die theoretischen Arbeiten werden uns außerdem für die experimentelle Forschung bei GSI und am zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR entscheidend weiterhelfen“, freut sich Bengt Friman, der Leiter der Abteilung Theorie bei GSI.
]]>Gemeinsam mit dem Universitätsklinikum Heidelberg entwickelten die GSI-Wissenschaftler das Verfahren weiter, um einen klinischen Routinebetrieb zu ermöglichen. 2009 ging die erste Therapieanlage für Patienten, die von GSI gemeinsam mit Siemens und dem Universitätsklinikum Heidelberg gebaut wurde, in Heidelberg in Betrieb. Dort wurden seither 3000 Patienten bestrahlt.
Das Thema seiner Doktorarbeit ist die Untersuchung von Elektronenabstreifprozessen (Stripping) beim Durchgang von Schwerionen mittlerer Geschwindigkeit durch gasförmige Medien. Das Verständnis solcher Prozesse ist eine wesentliche Grundlage für die Untersuchung superschwerer Elemente in gasgefüllten Separatoren, wie TASCA bei GSI, an dem die Elemente 114, 115 und 117 untersucht, sowie empfindliche Suchexperimente nach den neuen Elementen 119 und 120 durchgeführt wurden. Eine andere Anwendung der Stripping-Technologie ist die Produktion hochgeladener Ionen, wie sie idealerweise für die Beschleunigung an der GSI-, sowie künftig an der FAIR-Beschleunigeranlage verwendet werden. Im Zentrum von Paul Scharrers Arbeit steht die Erzeugung hochgeladener Ionen schwerer Projektile, die an Beschleunigerzentren in aller Welt verwendet werden. Typischerweise werden solche Projektile, z.B. 238U, in relativ niedrigen Ladungszuständen (4+ an der GSI) erzeugt. Damit sind sie nur schlecht für die Beschleunigung auf hohe Energien geeignet. Nach Erreichen einer Energie von 1.4 MeV/u in der ersten Beschleunigerstufe des GSI UNILACs entzieht man den Ionen in einer gasgefüllten Wechselwirkungszone Elektronen, wodurch sich ihr Ladungszustand erhöht.
Gemeinsam mit seinen Kollegen von der Abteilung SHE Chemie an der GSI und am HIM, sowie dem Projektbereich Linac and Operations (L&O) innerhalb von FAIR@GSI hat Paul Scharrer einen neuen Gasstripper entwickelt, der speziell für den FAIR-Injektor Betrieb mit sehr geringem Tastverhältnis (kleiner als 0.03%) ausgelegt wurde. Der neue Aufbau basiert auf gepulster Einspritzung, die nur während des Strahldurchgangs Gas injiziert. Dadurch konnte die Gaslast massiv verringert werden; die Gasdichte während des Strahltransits ist allerdings trotz der beschränkten Pumpkapazität und der strikten Vakuumanforderungen der angrenzenden Beschleunigersektionen deutlich höher als im alten Aufbau. Zusätzlich können neben dem bisher verwendeten Stickstoff auch unterschiedlichste andere Gasarten verwendet werden. Theoretische Untersuchungen von Prof. V. Shevelko, Lebedev Physical Institute in Moskau, Russland, der in den vergangenen Jahren mehrere Monate Gastwissenschaftler am HIM war, wurden durch systematische Messungen an der GSI bestätigt: Sie zeigten, dass ein gepulster Wasserstoffstripper, mit dem Elektronen wesentlich effektiver abgestreift werden können, am leistungsfähigsten sein sollte. Im Rahmen der durchgeführten Wasserstoff-Stripperuntersuchungen wurde am GSI UNILAC ein neuer Intensititätsrekord für 238U28+ erreicht, der mehr als 50% über dem bisherigen erreichten Wert liegt. Die gemessene Strahlbrillianz, die ein Maß für die Qualität des Ionenstrahls darstellt, entspricht bereits mehr als 65% des FAIR-Designwertes. Bei noch höherer Wasserstoffdichte, wie sie in kommenden Messungen verwendet werden soll, können perspektivisch für viele Ionen noch höhere mittlere Ladungszustände erreicht werden. Daneben eröffnet die neu entwickelte Stripping-Technologie auch die Möglichkeit, durch pulsweisen Wechsel zwischen unterschiedlichen Gasen, spezifisch optimierte Bedingungen für unterschiedliche Projektile der beiden Ionenquellen des GSI-Hochstrominjektors anbieten zu können. "Dies erhöht die Flexibilität der gesamten GSI-Beschleunigeranlage und ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu FAIR" erläutert Dr. Winfried Barth, Leiter des GSI Projektbereichs LINAC&Operations und stellvertretender Abteilungsleiter der HIM-Sektion ACID. Christoph Düllmann, Professor an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und Leiter der Abteilung SHE Chemie bei GSI und HIM fügt hinzu: "Paul Scharrers Arbeit zeigt eindrücklich die enge Verknüpfung von Grundlagenforschung, z.B. zur Produktion und Untersuchung der superschweren Elemente, und darauf basierenden technischen Fortschritten, die manchmal in Gebieten zur Anwendung kommen, die auf den ersten Blick ziemlich weit voneinander entfernt scheinen".
]]>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 Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von GSI- und FAIR-Mitarbeitern oder von externen Rednern aus Universitäten und Forschungsinstituten gehalten.
Aktuelles Programm:
Die Vorträge finden im großen gemeinsamen Hörsaal von GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie unter: www.gsi.de/wfa
]]>Gerhard Kraft ist Initiator der Krebstherapie mit Ionenstrahlen in Europa. Das Verfahren wurde über einen Zeitraum von rund 20 Jahren am GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt von der physikalischen und biologischen Grundlagenforschung bis zur klinischen Anwendung entwickelt. Krebszellen werden dabei effektiv zerstört, während gesundes Gewebe geschont wird.
Bereits Anfang der 1980er Jahre baute Gerhard Kraft die biophysikalische Forschungsabteilung bei GSI auf, deren Leiter er von 1981 bis 2008 war. Seine Vision war es, ein extrem präzises Bestrahlungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Vorteile des Ionenstrahls, das heißt dessen Präzision und hohe biologische Wirkung, voll zum Tragen kommen. Dank der Initiative, der Weitsichtigkeit und Überzeugungskraft von Gerhard Kraft ist dieses Projekt gelungen. Bei GSI wurden von 1997 bis 2008 über 440 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit Ionenstrahlen mit großem Erfolg behandelt.
Die im Pilotprojekt gewonnenen Erkenntnisse flossen direkt in die Konstruktion des Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrums HIT. Hier werden seit der Inbetriebnahme 2009 jährlich etwa 800 Patienten mit dem bei GSI entwickelten Verfahren behandelt. Auch in Marburg geht demnächst eine Ionenstrahltherapie-Anlage in Betrieb. Gerhard Kraft war an der Realisierung dieses Projekts als Berater beteiligt.
Kraft war in vielen Initiativen an der Entwicklung und Verbreitung der Ionentherapie in Europa beteiligt. So war er Mitglied der European Light Medical Accelerators (EULIMA) Studie (1988 bis 1991) am CERN. Ebenso war er Co-Autor an den Vorschlägen für die Ionenstrahl-Therapien in Pavia (CNAO) 1993 und in der Wiener Neustadt (Med Austron) 1996. Er war Gründungsmitglied der Ionentherapie-Initiative: European Network for Research in Light Ion Hadrontherapy ENLIGHT am CERN. Von 2009 bis 2012 war Kraft Helmholtz-Professor für Biophysik bei GSI. Gerhard Kraft wurde mit vielen Preisen ausgestattet, darunter der Erwin Schrödinger-Preis der Helmholtz-Gemeinschaft 1999 und das Bundesverdienstkreuz 1. Klasse 2008.
Die DGMP ist ein gemeinnütziger Verein, der sich der Förderung der Wissenschaft auf dem Gebiet "Medizinische Physik" einschließlich der medizinischen Technik widmet. Die Jahrestagung der DGMP ist die zentrale Veranstaltung, bei der wissenschaftlichen Themen aus der Medizinischen Physik präsentiert und diskutiert werden.
]]>Für das Experiment haben Wissenschaftler eine 300 Nanometer dünne Folie aus Curium mit beschleunigten Calcium-Atomkernen beschossen. Bei den untersuchten Kollisionen berühren sich Atomkerne der beiden Elemente und bilden für sehr kurze Zeit ein Verbundsystem. Bevor das Verbundsystem nach etwa einer trilliardstel Sekunde wieder auseinander bricht, tauschen die beiden einander berührenden Kerne eine Anzahl von Kernbausteinen – Protonen und Neutronen – aus. Dabei entstehen unterschiedliche Isotope als Endprodukte. Die im GSI-Experiment entdeckten Isotope von Berkelium, Neptunium und Americium sind als Endprodukte solcher Kernkollisionen entstanden.
Sie sind nicht stabil und zerfallen je nach Isotop nach wenigen Millisekunden oder Sekunden. Mit Hilfe von speziellen Filtern aus elektrischen und magnetischen Feldern lassen sich alle Zerfallsprodukte separieren und analysieren. Den Nachweis aller Zerfallsprodukte nutzen die Wissenschaftler, um das neue Isotop zu identifizieren.
Jedes chemische Element besitzt verschiedene Isotope. Die Isotope unterscheiden sich durch die Anzahl der Neutronen im Kern und damit in ihrer Masse. Die nun entdeckten Isotope besitzen weniger Neutronen und sind leichter, als die bisher bekannten Isotope des jeweiligen Elements. Durch ihre geringe Neutronenzahl sind sie in ihrem Aufbau sehr exotisch und damit für die Entwicklung von theoretischen Modellen zur Beschreibung von Atomkernen sehr interessant. Bislang kennen wir etwa 3000 Isotope von den 114 chemischen Elementen des Periodensystems. Wissenschaftliche Abschätzungen gehen davon aus, dass noch über 4000 unentdeckte Isotope existieren. Bei GSI geht die Jagd nach den unbekannten Isotopen weiter. Von besonderem Interesse sind dabei Atome, die schwerer sind als Uran.
„Mit der verwendeten Methode ist es uns gelungen viele verschiedene Atomkerne gleichzeitig zu erzeugen. Von besonderer Bedeutung sind unsere Ergebnisse für die Erforschung superschwerer Elemente. Insbesondere neue Isotope von superschweren Elementen, die eine besonders große Zahl an Neutronen enthalten, sind mit keiner anderen Methode herstellbar. Experimente zur Erzeugung dieser neutronenreichen Kerne sind bereits in Vorbereitung“, erläutert GSI-Wissenschaftlerin und die Leiterin des Experimentes Sophia Heinz.
Die aktuellen Experimente ermöglichen es, in bislang unerforschte Gebiete auf der Landkarte der Isotope vorzudringen. Am gleichen Experimentaufbau wurden bei GSI die Elemente 107 bis 112 entdeckt. Auch am geplanten Beschleunigerzentrum FAIR werden in Zukunft die Mechanismen, die für die Produktion neuer Isotope verantwortlich sind, untersucht.
Durch die Entdeckung der vier neuen Isotope rückt GSI in der Rangliste näher an das Labor mit den meisten entdeckten Isotopen heran. Diese Liste wird angeführt vom Lawrence Berkeley National Laboratory in den Vereinigten Staaten. Die GSI liegt auf dem zweiten Platz.
Das Experiment an der GSI-Beschleunigeranlage wurde von einem internationalen Forscherteam durchgeführt. Beteiligt waren neben dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung Wissenschaftler aus dem Manipal Centre for Natural Sciences in Indien, der Justus-Liebig-Universität Gießen, der Japan Atomic Energy Agency, dem Lawrence Livermore National Laboratory in den USA und dem Joint Institute for Nuclear Research in Russland.
]]>Die ALICE-Forscher haben für ihre Analyse hochenergetische Kernreaktionen untersucht und die Impulse und Geschwindigkeiten der dabei entstandenen Deuteronen (dies sind Wasserstoffkerne mit einem zusätzlichen Neutron) und Anti-Deuteronen sowie Helium-3-Kerne (diese bestehen aus zwei Protonen und einem Neutron) und Anti-Helium-3-Kerne genau vermessen.
Zwischen den Kernbausteinen wirkt eine große Anziehungskraft, die für die Bindung der Bausteine verantwortlich ist. Aufgrund dieser starken Bindung ist die Masse eines Atomkerns etwas geringer als die Summe der Masse seiner einzelnen Bestandteile. Durch die präzise Bestimmung der Massen lässt sich die Bindungsenergie der Kernbausteine bestimmen und analysieren, ob sich die Massen von Teilchen und ihren Antiteilchen unterscheiden. Die im ALICE-Experiment gemessenen Massen von Kernen und Anti-Kernen waren im Rahmen der Messgenauigkeit jeweils identisch. Damit bestätigen die Experimente die von dem sogenannten Standardmodel der Teilchenphysik geforderte Symmetrie (CPT-Symmetrie). Diese Symmetrie besagt, dass in einem physikalischen System bei gleichzeitiger Änderung der elektrischen Ladung, Vertauschung von Links- und Rechts-Händigkeit und Umkehrung der Zeitrichtung die gleichen physikalischen Gesetzmäßigkeiten gelten müssen.
Für die Experimente haben die Forscher Blei-Atomkerne bei hohen Energien kollidieren lassen. Bei diesen Reaktionen entstehen tausende von Teilchen. Darunter befinden sich wenige der gesuchten Atomkerne und etwa gleich viele Anti-Atomkerne. Der ALICE-Detektor vermisst die Eigenschaften dieser Teilchen, wie Geschwindigkeit und Impuls in einem Magnetfeld mit höchster Genauigkeit. Aus diesen Daten können die Forscher direkt auf die gesuchte Masse schließen.
„Die unter Federführung von GSI entwickelte Zeitprojektionskammer TPC im ALICE-Aufbau ermöglicht es, die gesuchten Teilchen zu identifizieren und ihre Eigenschaften zu messen. Damit ist uns die Bestätigung der CPT- Symmetrie in leichten Atomkernen mit bislang unerreichter Präzision gelungen“, erläutert Silvia Masciocchi, Leiterin der ALICE-Gruppe bei GSI.
ALICE steht für "A Large Ion Collider Experiment". Der ALICE-Experimentaufbau wiegt 10 000 Tonnen. Er ist 26 Meter lang, hat einen Durchmesser von 16 Metern und besteht aus 18 Detektorsystemen. Zum Bau zweier wichtiger ALICE-Detektoren hat das GSI Helmholtzzentrum wesentlich beigetragen. Zum einen handelt es sich hierbei um die Zeitprojektionskammer. Zum anderen hat GSI bei der Konzeption und beim Bau des Übergangsstrahlungsdetektors eine zentrale Rolle gespielt.
Die Messungen der ALICE-Kollaboration für leichte Kerne und ihre Antikerne zielen in die gleiche Richtung wie die in der vergangenen Woche erschienene Veröffentlichung der BASE-Kollaboration am CERN (BASE steht für Baryon Antibaryon Symmetry Experiment), die mit sehr hoher Genauigkeit nach Unterschieden in den Massen von Protonen und Antiprotonen gesucht haben.
]]>"Wir wollen die Zusammenarbeit mit China vor allem zur Erforschung des Quark-Gluon-Plasmas nutzen. Das ist nach unserer Vorstellung der Zustand der Materie, wie er kurz nach dem Urknall existiert hat“, sagt Peter Braun-Munzinger.
Die Zusammenarbeit betrifft sowohl theoretische Arbeiten als auch die laufenden Experimente ALICE am CERN in Genf und STAR in Brookhaven, USA, sowie das Experiment CBM am zukünftigen Beschleunigerzentrum FAIR bei GSI.
]]>"Die Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt, um zu verstehen, warum es im Universum so viel mehr Materie als Antimaterie gibt. Die bei GSI gebauten Apparaturen kamen in dem Experiment zur Erforschung der Antimaterie zum Einsatz, bei dem Werte in einer nie erreichten Präzision gemessen wurden," freut sich Wolfgang Quint von GSI.
Die Ergebnisse untermauern die Gültigkeit einer der fundamentalen Symmetrien (CPT-Symmetrie) in der Natur. Diese Symmetrie besagt, dass eine „Antiwelt“, in der alle Materie im Universum durch Antimaterie ersetzt, rechts und links vertauscht und überdies der Fluss der Zeit umgekehrt wird, von unserer realen Welt nicht zu unterscheiden ist. Nach dieser These muss das Verhältnis von Masse zu Ladung bei beiden Teilchen exakt gleich sein. Nur geringste Abweichungen würden einen Bruch der CPT-Symmetrie bedeuten. Die aktuellen Messung zeigen eine Übereinstimmung auf 69 Billionstel genau.
Zur Durchführung des Experimentes wurden die Teilchen in dem Magnetfeld einer sogenannten Penning-Falle eingefangen. Über einen längeren Zeitraum wurde die Frequenz, mit der die geladenen Teilchen oszillieren, bestimmt. Darüber konnten die Wissenschaftler direkt auf das gesuchte Verhältnis schließen.
Das Experiment wurde am Europäischen Forschungszentrum für Teilchenphysik CERN in Genf ausgeführt unter Beteiligung von Wissenschaftlern aus RIKEN, CERN, dem Max-Planck-Institut für Kernphysik, der Universität in Tokio, der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz, dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und dem Helmholtz-Institut Mainz.
Pressemitteilung des CERN (englisch)
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Pressemitteilung des MPI für Kernphysik Heidelberg
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Radon wird in Bädern und Heilstollen zur Therapie von vielen tausend Patienten mit rheumatischen Erkrankungen eingesetzt. Die Radontherapie basiert auf langer medizinischer Erfahrung und zeigt bei vielen Patienten Erfolge, ohne dass die medizinische Wirkungsweise im Hinblick auf die physikalischen, zellulären und molekularen Grundlagen verstanden ist. Im GREWIS-Projekt werden jetzt die entsprechenden Grundlagen gelegt. Dazu wird die Wirkung von dichtionisierenden Alpha-Teilchen, die beim Zerfall von Radon und der Tochterkerne emittiert werden und den größten Beitrag zur Gesamtdosis ausmachen, in Zellkulturen, im Gewebe und in Patientenstudien untersucht. Gleichzeitig wird im Rahmen der Patientenstudien auch die genetische Wirkung des Radons untersucht, das vor allem in Gegenden mit uranhaltigem Untergrund eine erhebliche Strahlenbelastung darstellt.
In der bisherigen sehr erfolgreichen GREWIS-Kooperation konnten bereits einige wesentliche Fragen zur physikalischen und biologischen Wirkung geklärt sowie zelluläre Veränderungen im Patientenblut nachgewiesen werden. Durch die neue Finanzierung von mehr als zwei Millionen Euro können diese Untersuchungen fortgesetzt werden mit dem Ziel, die Radontherapie zu optimieren und die Risiken einer Radon-Exposition besser zu bestimmen.
]]>Jeder Sommerstudent arbeitet in der nächsten Zeit in einer Arbeitsgruppe an einer Fragestellung aus dem laufenden Forschungsbetrieb. Die Thematik reicht dabei von der Beschleunigerphysik über die Tumortherapie bis hin zur Astrophysik. In begleitenden Vorlesungen werden das breite Forschungsspektrum von GSI und FAIR und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt.
Für viele Studenten, die vor allem aus europäischen Ländern aber auch aus anderen GSI- und FAIR-Partnerländern kommen, ist das Sommerstudenten-Programm der erste Schritt zu einer Master- oder Doktorarbeit bei GSI gegen Ende ihrer Ausbildung. Das Sommerstudenten-Programm, das bereits zum 35. Mal stattfindet, wird von der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert. Neben wissenschaftlichen Veranstaltungen stehen auch Kochabende und Unternehmungen in der Region auf dem Programm.
Die Vorträge werden auf Englisch gehalten, sind öffentlich und können von jedem Interessierten besucht werden. Vortrags-Programm
Jedes Jahr veranstaltet die PTCOG eine internationale Konferenz um Diskussionen und Austausch über neueste Entwicklungen in der Partikeltherapie zu fördern. Diese Jahr fand die Veranstaltung unter dem Thema „The Modern Era of Particle Beam Therapy: Widening the Therapeutic Window for Better Patient Outcomes“ in San Diego statt. Marco Durante wurde auf der Jahrestagung zum stellvertretenden Vorsitzenden im Lenkungsausschuss der PTCOG gewählt. In dieser Position ist Durante auch Mitherausgeber des International Journal of Particle Therapy, der offiziellen Fachzeitschrift der PTCOG.
]]>Ihre Ergebnisse tragen zur Verbesserung der biologischen Bestrahlungsplanung in der Partikeltherapie durch die Modellierung der biologischen Effekte bei. Mit dem Preis werden "herausragende kreative Leistungen von Einzelpersonen anerkannt und besonders die Kreativität von Nachwuchswissenschaftlern ausgezeichnet." Der Preis wurde während der Jahrestagung der DEGRO in Hamburg im Juni 2015 verliehen.
]]>Mit dem Preis wird seine Arbeit an der „Erforschung von innovativen Bestrahlungskonzepten zur Behandlung von sich intra-fraktionär bewegenden Tumoren mit einem gescannten Ionenstrahl“ ausgezeichnet, die hauptsächlich vor seiner Berufung nach Erlangen bei GSI entstanden ist. Der mit 2000 Euro dotierte Preis soll herausragende Innovationen und Entwicklungen von jungen Wissenschaftlern auf dem Gebiet der Hochpräzisions-Strahlentherapie würdigen. Die Verleihung fand während der Jahrestagung der DEGRO in Hamburg im Juni 2015 statt.
]]>https://www.helmholtz.de/ueber_uns/20_jahre_helmholtz
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Der Green Cube wird die effiziente Auswertung enormer Datenmengen möglich machen, die bei Experimenten an den Beschleunigeranlagen von GSI und zukünftig von FAIR entstehen. Im Endausbau wird Green Cube mit einer Kühlleistung von zwölf Megawatt eines der größten wissenschaftlichen Rechenzentren der Welt sein. Es wird auch den energieeffizientesten Supercomputer der Welt beherbergen, den Höchstleistungsrechner L-CSC, der derzeit auf Platz eins der weltweiten Rangliste der energiesparendsten Supercomputer „Green500“ steht. Mit einem Watt elektrischer Leistung erzielt der L-CSC eine Rechenleistung von 5,27 Milliarden Rechenoperationen pro Sekunde.
In einer ersten Ausbaustufe wird der Green Cube im Herbst dieses Jahres in Betrieb gehen. Der Green Cube wird nach einem vom Leiter des Bereichs Wissenschaftliche Informationstechnologie bei GSI, Professor Volker Lindenstruth, am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) und an der Goethe-Universität Frankfurt entwickelten Konzept auf dem GSI-Gelände erbaut. Dies ermöglicht durch ein neuartiges Kühlkonzept erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen, sowohl beim Bau als auch beim Betrieb. Die Investitionskosten im Endausbau werden rund 16 Millionen Euro betragen.
Schlüssel für die hohe Energie- und Kosteneffizienz von Green Cube ist ein spezielles Kühlsystem, bei dem die entstehende Wärme bereits in den Türen der Rechnerschränke durch Wasserkühlung abgeführt wird. Dadurch wird die zur Kühlung benötigte Energie auf ein Zehntel im Vergleich zu herkömmlichen Supercomputern reduziert. Außerdem braucht das Rechenzentrum keine aufwendige Kühlung der Raumluft, die Rechnerschränke können sogar wie in einem Hochregallager dicht an dicht gestapelt werden, was wiederum die Investitionskosten reduziert. Das Rechenzentrum Green Cube wird weniger als zehn Prozent der für die Rechner benötigten elektrischen Leistung für die Kühlung und den gesamten übrigen Betrieb benötigen (Techniker nennen dies PUE<1,1).
Der Datacloud-Award, mit dem Green Cube jetzt ausgezeichnet wurde, wurde bereits zum achten Mal für herausragende Leistungen bei der Entwicklung von Rechenzentren und Cloud-Computing – der Nutzung von Großrechnern per Internet – bei der Datacloud-Konferenz verliehen. Insgesamt gibt es Hauptgewinner in zehn Kategorien sowie einen Sonderpreis der Jury.
<link start aktuelles detailseite gsi-supercomputer-ist-energiespar-weltmeister.htm external link in new>20.11.2014 | GSI-Supercomputer ist Energiespar-Weltmeister
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Das 9. International Symposium on Swift Heavy Ions in Matter (SHIM) fand vom 18. bis 21. Mai in Darmstadt statt und behandelte die komplexen Prozesse der Wechselwirkung hochenergetischer Ionen mit Materie. In vier Tagen diskutierten nahezu 180 Wissenschaftler aus über 20 Ländern im Konferenzzentrum darmstadtium neueste Erkenntnisse in diesem Forschungsfeld. Das Programm umfasste sowohl grundlegende als auch angewandte Forschung und betraf die Effekte der Ionenstrahlen sowohl auf Feststoffe und biologische Proben als auch in der Atom- und Plasmaphysik und der Nanotechnologie. Geehrt wurde anlässlich seines 85. Geburtstags auch Professor Kurt Schwartz von GSI in Anerkennung seines herausragenden Lebenswerks und seiner bedeutenden wissenschaftlichen Arbeiten auf dem Gebiet der Strahlenphysik. Die Konferenz wurde von der GSI-Materialforschung organisiert.
]]>Aufgrund der gestiegenen Zahl an Beschäftigten besteht bei GSI und FAIR der Bedarf für eine größere Kantine und weitere Büroräume. An den lichtdurchfluteten Kantinenpavillon schließt sich ein viergeschossiger Bürokomplex mit 100 Arbeitsplätzen an. Entworfen wurde das Gebäude vom Büro Muffler Architekten, Tuttlingen gemeinsam mit Kaufer + Passer Ingenieure, die die Ausschreibung für sich entschieden hatten.
Die Zeitkapsel zur Grundsteinlegung wurde mit Geldmünzen, den Grundriss- und Ansichtsplänen, den Reden sowie der aktuellen Tageszeitung befüllt. Sie wurde anschließend im Grundstein versenkt und mit drei symbolischen Hammerschlägen besiegelt.
19.03.2013 | Entscheidung im Architekturwettbewerb für neues Kantinen- und Bürogebäude bei GSI
]]>RI baut die Kavitäten in Bergisch Gladbach auf Basis der technischen Planung und Spezifikation der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und ist federführend im Entwicklungsprozess. Diese Komponenten sind im Wortsinne das „Herz“ des künftigen Ringbeschleunigers SIS 100: Die 14 Kavitäten erzeugen gemeinsam eine Beschleunigungsspannung von bis zu 280.000 Volt. Das entspricht der zehnfachen Spannung der bestehenden Anlage der GSI. Ampegon wird bei einer deutschen Tochter in Dortmund die Tetroden-Endstufen bauen, die die Kavitäten mit leistungsfähigen Hochfrequenz-Signalen versorgen. Die Betriebsfrequenz wird zwischen 1100kHz und 3200kHz liegen. Abhängig davon, mit welcher Teilchenart die Wissenschaftler experimentieren, liegt die Zykluszeit zwischen einer und zehn Sekunden – der „Herzschlag“ der Beschleunigung.
Teilchen nahe der Lichtgeschwindigkeit
Vor der Beschleunigung der Teilchen im Synchrotron wird der Ionenstrom in eine zeitliche Pulsabfolge (die Bunche) gebracht, die im Hochfrequenz-Feld beschleunigt werden kann. Die Teilchen können so weit beschleunigt werden, dass sie über 276.000 Mal pro Sekunde den Beschleunigerring umrunden. Das entspricht rund 99,95 Prozent der Lichtgeschwindigkeit.
Um mit dem Ionenstrom experimentieren zu können, ist es für viele Experimente notwendig, diese Pulsstruktur wieder aufzuheben – sprich sie zu „debunchen“. RI baut hierfür bereits die Debuncher-Kavitäten für den Collectorring (CR) und dies ebenfalls mit Ampegon PPT, einer Tochter der Schweizer Ampegon.
Das erste Gerät (first of series) wird für Anfang 2016 erwartet und bei der GSI getestet. „Wir sind sehr zuversichtlich, denn die bisherige Zusammenarbeit läuft ausgesprochen gut. RI ist sehr sorgfältig, wenn es darum geht, die Anforderungen der Spezifikation umzusetzen“, unterstreicht Dr. Hans Günter König, zuständiger Arbeitspaketleiter bei der GSI, die die Projektleitung der FAIR-Beschleunigeranlagen inne hat. Sobald die Tests abgeschlossen sind und von Fachleuten für positiv bewertet wurden, kann die Serienproduktion gestartet werden. Alle weiteren Kavitäten müssen dann den Factory-Acceptance-Test (FAT) bestehen. Nach Anlieferung und Fertigstellung werden die Seriengeräte eingebaut und am Aufstellungsort – sprich im Beschleuniger - getestet.
]]>„Jetzt kann das JINR mit der Fertigung der innovativen supraleitenden Magnete beginnen. Diese basieren auf einer neuen und einzigartigen Technologie, um ganz unterschiedliche Arten von Teilchen besonders effizient und flexibel auf ihrer Bahn zu kontrollieren“, freut sich Boris Sharkov, Wissenschaftlicher Geschäftsführer der FAIR GmbH. Nach der Fertigung werden die Magnete in Dubna umfangreichen Tests unterzogen, bevor sie bei FAIR zum Einsatz kommen.
Die supraleitenden Magnete wurden von dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung konstruiert und basieren auf einer langjährigen, gemeinsamen Entwicklungsarbeit mit dem JINR. Sie sind die zentralen Komponenten des Ringbeschleunigers SIS100 und halten die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit umlaufenden Teilchen auf ihrer Bahn. Das SIS100 besitzt einen Umfang von 1.100 Metern und wird insgesamt aus über 800 Hauptkomponenten bestehen.
Bei der Entwicklung der supraleitenden Magnete ist es erstmals gelungen zwei Technologien miteinander zu vereinen. Die Magnete sind mit supraleitenden Kabeln ausgestattet, die eine sehr schnelle Veränderung des Magnetfelds erlauben. Gleichzeitig werden die Vakuumkammern, in denen der Teilchenstrahl geführt wird, auf fast minus 273 Grad Celsius abgekühlt. Denn nur so kann innerhalb einer halben Sekunde das maximale Magnetfeld erzeugt und gleichzeitig das erforderliche Vakuum, von einem Billiardstel des Umgebungsdrucks, erreicht werden. Unter diesen Bedingungen lassen sich sehr schwere Atomkerne auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.
]]>Nach einer Besichtigung der Beschleuniger- und Experimentieranlagen konnten sie in Werkstätten, Technologielaboren und Forschungsabteilungen ganz praktische Erfahrung in unterschiedlichen technischen und wissenschaftlichen Arbeitsgebieten sammeln.
Der Girls’Day ist ein bundesweiter Aktionstag. Unternehmen, Betriebe und Hochschulen in ganz Deutschland öffnen ihre Türen für Schülerinnen ab der 5. Klasse. Die Mädchen lernen dort Ausbildungsberufe und Studiengänge in IT, Handwerk, Naturwissenschaften und Technik kennen, in denen Frauen bisher eher selten vertreten sind.
Die selbstgebaute Nebelkammer im Einsatz: Video auf GSI-YouTube-Kanal.
]]>Der „Green IT Cube“ besticht vor allem durch seinen kompakten Aufbau und einer weitgehenden Nutzung von Stahl, was die Kosten für den Hochbau im Vergleich zu einer klassischen Bauweise deutlich senkt. Hinzu kommt ein innovatives Konzept für die Kühl- und Klimatechnik sowie die hocheffiziente IT-Infrastruktur zur Reduzierung des Energieverbrauchs.
Das neue Höchstleistungsrechenzentrum wird nach seiner Fertigstellung Wissenschaftlern aus aller Welt zur Verfügung stehen für die Auswertung ihrer enormen Datenmengen, die sie in Experimenten an GSI und der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR gewinnen. Es ist eine Weiterentwicklung des GSI-Supercomputers L-CSC, der Ende 2014 Energiesparweltmeister wurde.
Symbolisch wurden im Grundstein eine Tageszeitung, eine Gebäudegrafik und die Liste aller Bauarbeiter einbetoniert.
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Die interessierten Jugendlichen waren aufgerufen bei GSI Daten des ALICE-Experiments auszuwerten und zu interpretieren. Unter fachgerechter Anleitung von Wissenschaftlern analysierten sie eigenhändig ALICE aktuelle Daten, die in Proton-Proton-Kollisionen und in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. Bei den Kollisionen entsteht für sehr kurze Zeit ein Materiezustand, der kurz nach dem Urknall vermutet wird: das sogenannte Quark-Gluon-Plasma. Dieses Plasma ist instabil und zerfällt nach Bruchteilen von Sekunden. Dabei werden Teilchen freigesetzt, die Aufschluss geben über die Bedingungen, die im Quark-Gluon-Plasma herrschen.
Grundidee des Programms ist, dass die Schüler weitgehend selbst wie ein Forscher arbeiten. Dazu gehört auch die Videokonferenz zum Abschluss des Tages. In einer Konferenzschaltung mit Schülergruppen von Universitäten in Frankfurt, Münster und Prag und dem CERN präsentieren und diskutieren die Jugendlichen ihre Messergebnisse – genau so wie dies auch die Forscher in ihren internationalen Kollaborationen tun. So erhalten die Schüler authentische Eindrücke vom Forschungsalltag in der Teilchenphysik.
210 Universitäten und Forschungsinstitute in 42 Ländern nehmen an den International Masterclasses teil. Neu dabei ist in diesem Jahr Marokko. Die weltweite Beteiligung spiegelt die für die Teilchenphysik so typische internationale Zusammenarbeit wider. Veranstalter ist die International Particle Physics Outreach Group (IPPOG). Alle Veranstaltungen finden statt in Zusammenarbeit mit Netzwerk Teilchenwelt, dem bundesweiten Netzwerk zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte. Die Projektleitung der International Masterclasses ist an der TU Dresden angesiedelt. Veranstalter ist IPPOG, die International Particle Physics Outreach Group, ein eigenständiges Komitee aus Vertretern der am CERN forschenden Länder sowie von CERN und DESY. Ziel der Gruppe ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen.
Hans Geissel ist mit 272 entdeckten neuen Atomkernen der amtierende Weltrekordhalter auf diesem Gebiet. Er ist Professor an der Universität Gießen und leitete die Forschung am GSI Fragmentseparator (FRS), mit dem die meisten neuen Atomkerne gemessen wurden. Für das zukünftige Beschleunigerinstitut FAIR hat er gemeinsam mit seiner Arbeitsgruppe einen neuen Fragmentseparator (Super-FRS) konzipiert.
]]>Der Nachweis von mehreren Atomen des Elements 117 gelang einem internationalen Team um Christoph Düllmann mit einem speziellen Messaufbau an der GSI-Beschleunigeranlage. Sie schossen Calcium (Element 20) auf eine Zielscheibe aus Berkelium (Element 97). Dabei kam es in einigen Fällen zu einer Verschmelzung zum Element 117, das sich aus der Summe der beiden Ausgangselemente ergibt (20+97=117).
Rangliste der Amerikanischen Physikalischen Gesellschaft (APS)
<link start aktuelles detailseite superschweres-element-117-nachgewiesen.htm>GSI-Pressemitteilung über den Nachweis von Element 117 vom 2. Mai 2014
]]>Information aus der Fachabteilung (englisch)
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Programm 2015 – Erstes Halbjahr
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Das neue Zentrum wird die Aktivitäten Chinas steuern, die über den Zeitraum der kommenden acht Jahre vorgesehen sind. Weitere chinesische Partnerinstitutionen sind die Tsinghua Universität in Beijing, die University of Science & Technology of China in Hefei, das Shanghai Institute for Applied Physics in Shanghai, und das Institute of Modern Physics in Lanzhou.
]]>Weitere Infos hier: <link topmenu anreise bahn.htm>
]]>Für die aktuellen Experimente wurde synchron zu den 0.1 ms langen Uranpulsen ein Gaspuls in die Gasstrippersektion injiziert. Es konnte experimentell bestätigt werden, dass Wasserstoffgas den effizientesten Ionisierungsprozess in den 28+ Ladungszustand ermöglicht. Dies ist im Einklang mit Erwartungen, die auf theoretischen Arbeiten u.a. von Prof. Viatcheslav Shevelko vom P.N. Lebedev Physical Institute an der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau basieren. Er kam dafür im Sommer 2014 für zwei Monate als Gastwissenschaftler des Helmholtz Instituts Mainz an die GSI.
Die Experimente wurden gemeinsam von den Abteilungen SHE Chemie, die vom Projektleiter FAIR@GSI mit der Ertüchtigung des Gasstrippers betraut wurde, und dem Projektbereich LINAC&Operations, insbesondere den Abteilungen Ionenquelle und Linearbeschleuniger, durchgeführt.
Text von Christoph Düllmann, Winfried Barth
für die Abteilung SHE Chemie und den Projektbereich LINAC&Operations.
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Weitere Inforamtionen unter:
]]>Toke Ringbæk wird für seine theoretischen Untersuchungen von Rillen-Filtern, die den Strahl in der Tiefe modulieren, geehrt. Bei der Tumortherapie wird der Ionenstrahl Punkt für Punkt und Schicht für Schicht über den Tumor geführt. Dabei kann es aufgrund des sehr scharfen Dosis-Maximums, dem sogenannten Bragg Peak in der Tiefe zu Inhomogenitäten kommen. Für eine gleichmäßige Bestrahlung wird mithilfe dieser Filter die scharfe Dosiverteilung etwas aufgeweitet. Auf der Basis seiner Erkenntnisse hat er ein neues Design eines 2D-Rillen-Filters entwickelt. Seine Masterarbeit hat er an der Universität Aarhus, Dänemark eingereicht und in enger Kooperation mit dem Universitätsklinikum Gießen und Marburg durchgeführt.
In ihrer Doktorarbeit hat Christin Glowa in Langzeitstudien an Prostata-Tumoren die biologische Wirkung von Bestrahlungen mit Kohlenstoff-Ionen im Vergleich zur konventionellen Photonenbestrahlung untersucht. Bei ihren Experimenten stellte sie fest, dass bei der Kohlenstoff-Therapie die biologischen Faktoren des Gewebes eine deutlich geringere Rolle spielen. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Wirkungsweise der Strahlentherapie bei und liefern wichtige Hinweise für die Wahl des Therapieverfahrens. Ihre Dissertation reichte sie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg ein.
Kristin Stützer hat im Rahmen ihrer Arbeit das Verfahren zur direkten Kontrolle der Behandlung durch Kohlenstoff-Ionen, die sogenannte PET-Technik erstmals auf bewegte Tumore erweitert. Dazu entwickelte sie einen 4-dimensionalen Algorithmus, mit dem sich die Bewegung des Tumors sicher erfassen lässt. Ihre Dissertation hat sie am Zentrum für Innovationskompetenz für Medizinische Strahlenforschung in der Onkologie – OncoRay an der TU Dresden eingereicht.
Der Verein zur Förderung der Tumortherapie fördert die Aktivitäten im Rahmen des Forschungsprojekts "Tumortherapie mit schweren Ionen" bei GSI mit dem Ziel, durch Weiterentwicklung des Systems die Behandlung von Tumoren zu verbessern und der allgemeinen Patientenversorgung zur Verfügung zu stellen. An der GSI-Beschleunigeranlage wurden seit 1997 über 400 Patienten mit Tumoren, in der Regel in der Schädelbasis, mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen bei über 90 Prozent und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten mittlerweile routinemäßig mit schweren Ionen behandelt.
]]>An Experimentiersets untersuchen sie selbständig die Bausteine des Atoms und verschiedene Aspekte von radioaktiver Strahlung. Sie lernen Anwendungen von Radioaktivität in Medizin, Technik und Forschung kennen. Auf dem anschließenden Rundgang durch die GSI-Anlagen sehen die Schüler an ausgewählten Forschungsstationen die Messtechniken, mit denen sie selbst experimentiert haben, im großen Maßstab im Einsatz für die Grundlagenforschung wieder.
Darüber hinaus lernen sie am heutigen Helmholtz-Tag die vielseitige Forschung und die zahlreichen Errungenschaften von Hermann von Helmholtz kennen. Der gebürtige Potsdamer erforschte zum Beispiel Phänomene der Optik, Akustik, Geologie, Meteorologie und Wärmelehre. Sein erster großer Erfolg war der von ihm entwickelte Augenspiegel zur Untersuchung der Netzhaut, der noch heute im Einsatz ist. Seine allgemeine Ausführung des Energieerhaltungssatzes ist fester Bestandteil des heutigen Physikunterrichts.
Die 30 Helmholtz-Schülerlabore betreuen jährlich etwa 65.000 Schüler und vermitteln ihnen durch eigenes Experimentieren einen Eindruck vom Ausüben eines wissenschaftlichen Berufs. Darüber hinaus bieten die Schülerlabore auch Fortbildungen für mehr als 2.000 Lehrer an.
]]>Ursula Weyrich wechselt zu FAIR und GSI vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen in der Helmholtz-Gemeinschaft (DZNE) in Bonn, wo sie seit 2009 als administratives Vorstandsmitglied tätig war.
Ursula Weyrich studierte Verwaltungsbetriebswirtschaftslehre und Jura in Wiesbaden, Mainz und Clermont-Ferrand in Frankreich und beendete ihre juristische Ausbildung 1998 mit dem zweiten juristischen Staatsexamen. Sie arbeitete zunächst als Rechtsanwältin mit den Schwerpunkten Arbeits-, Gesellschafts- und Steuerrecht, bevor sie als Referentin ins Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) wechselte. Dort betreute sie unter anderem die Fusion des GMD-Forschungszentrums Informationstechnik mit der Fraunhofer-Gesellschaft. Nach einer Zeit als Persönliche Referentin des Staatssekretärs im BMBF wurde sie 2006 BMBF-Referatsleiterin und damit zuständig für die Helmholtz-Zentren in Jülich und Karlsruhe, das Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) und für die Fusionsforschung. In ihre Zuständigkeit fiel die Begleitung des Zusammenschlusses der Universität Karlsruhe mit dem Forschungszentrum Karlsruhe zum Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Ursula Weyrich ist verheiratet und hat zwei Kinder.
]]>Bitte haben Sie dafür Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal drei Kalender (solange der Vorrat reicht) versendet werden können.
]]>Mit der GSI-Beschleunigeranlage wird schon seit den 1970er Jahren mit dem Linearbeschleuniger UNILAC und seit den 1990er Jahren mit dem Ringbeschleuniger SIS18 experimentiert. Die Ionen werden in Pakete verpackt durch die Beschleunigeranlage geschickt. Im GSI-Ringbeschleuniger konnten bisher maximal einige Milliarden Uran-Ionen pro Paket beschleunigt werden. Für die im Bau befindliche Anlage FAIR, Facility for Antiproton and Ion Research, müssen es aber etwa eine halbe Billionen werden. Wissenschaftler suchen jetzt nach Möglichkeiten, die bestehende Anlage so umzubauen, dass sie so viele Ionen aufnehmen kann – Grundlagenforschung auf Maschinenebene also.
Ein Ansatzpunkt ist der Übergang vom Linearbeschleuniger zum Ringbeschleuniger. Die Öffnung zum Ringbeschleuniger ist schmal und hoch. Linearbeschleuniger liefern jedoch generell quadratische Pakete. Daher wurde das Paket aus dem UNILAC bisher beim Übergang in den Ringbeschleuniger einfach an den Seiten beschnitten. Dadurch ging aber ein Teil der Ionen verloren und die Intensität wurde geringer. Gleichzeitig blieb nach oben Platz im Ringbeschleuniger ungenutzt.
Um dieses Potential zu nutzen, hat die GSI-Abteilung LINAC (engl. linear accelerator) im Transferkanal, also dem Übergang vom Linear- zum Ringbeschleuniger, das EMTEX-Setup aufgebaut. Mithilfe von Magneten formt es die Pakete um. „Eine solche Umformung ist bei einem Ionen-LINAC noch nie vorgeschlagen, geschweige denn erreicht worden“, sagt Lars Groening von der LINAC-Abteilung. Er erklärt, wie das Konzept funktioniert: „Anstatt wie bisher Ionen seitlich des Pakets einfach abzuschneiden, strecken wir die Pakete nach oben, um den Platz im Ring auszunutzen. Gleichzeitig stauchen wir die Pakete seitlich zusammen. So bleibt die Dichte der Ionen konstant. Das ist entscheidend, denn Ionen lassen sich nie dichter packen als sie zu Beginn erzeugt wurden.“ Das Stauchen und Strecken der Pakete klingt zunächst einfach. Tatsächlich geschieht es aber in vier Dimensionen. Neben den Ortsangaben Breite und Höhe spielen auch die Geschwindigkeiten der Ionen nach rechts, links, oben und unten eine Rolle. „Die vertikale Fläche, die ein Teilchenstrahl im Phasenraum ausfüllt (Emittanz) soll etwa dreimal größer sein als die horizontale“, sagt Groening. In zwei Strahlzeitperioden wurde das neue Konzept jetzt zunächst mit leichten Ionen bei niedriger Intensität getestet.
„Die Experimente haben sehr gut funktioniert und decken sich mit den Ergebnissen von Simulationen. Wir wissen jetzt also, dass die Idee prinzipiell funktioniert. Im nächsten Schritt entwickeln wir den Aufbau weiter, sodass die Umformung auch mit schweren Ionen bei hohen Intensität funktioniert.“ Für diese Weiterentwicklung wurde das Projekt gerade vom Bundesministerium für Bildung und Forschung verlängert. Ob und in welcher Form EMTEX bei FAIR zum Einsatz kommen wird, ist noch nicht endgültig beschlossen. Doch nur mithilfe von Grundlagenforschung im Bereich der Beschleunigerphysik, lassen sich die hohen Intensitäten für FAIR erreichen. „Die Wissenschaftscommunity hat großes Interesse an diesem Experiment“, ergänzt Groening. „Auch an anderen Ionen-Beschleunigern könnte EMTEX zum Einsatz kommen.“
]]>Pressemitteilung der TU Darmstadt: Fundamente der Physik bestätigt
Download von "target" – Ausgabe 12, September 2014 (PDF, 5,7 MB)
Grundlage für die Krebstherapie mit Kohlenstoffionen waren langjährige Forschungsarbeiten bei GSI. An der GSI-Beschleunigeranlage wurden von 1997 bis 2008 über 440 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich erfolgreich mit Ionenstrahlen behandelt. Daraufhin wurde in Heidelberg in Zusammenarbeit mit GSI die erste Ionenstrahl-Therapie-Anlage gebaut, die seit 2009 in Betrieb ist. Nun wird die Therapie auch an einem zweiten Standort schwerstkranken Patienten zugute kommen.
Einem Atom seine ganze Hülle aus Elektronen abzustreifen und es zu einem "nackten" Ion zu machen, ist ganz schön schwierig. Gerade die Elektronen, die sich nahe am Kern befinden, sind sehr stark an ihn gebunden. In der GSI-Beschleunigeranlage gelingt es den Forschern nur, indem sie die Ionen auf hohe Geschwindigkeit bringen und mehrfach durch dünne Folien oder Gase hindurchschießen, in denen die Elektronen abgerissen werden. Diesen Vorgang nennt man "Strippen" (engl. Abstreifen).
Bei diesen hohen Energien können die Forscher allerdings nicht alle Eigenschaften der Ionen untersuchen. Besonders Einflüsse des starken elektrischen Felds, das der positiv geladene Atomkern um sich hat, lassen sich genauer studieren, wenn der Kern langsam ist oder fast stillsteht. Um von der hohen Geschwindigkeit kontrolliert abzubremsen, haben die Forscher in den vergangenen Jahren die HITRAP-Anlage gebaut. Sie besteht aus zwei Linearbeschleunigerstrukturen und einer angeschlossenen Ionenfalle. Nun gelang ein vollständiger Abbremsvorgang mit den Beschleunigerkomponenten.
"In den aktuellen Experimenten gelang es, Stickstoff-Atomkerne mit den GSI-Beschleunigern auf 30 Megaelektronenvolt pro Nukleon zu beschleunigen, sie komplett zu strippen, im Speicherring ESR auf vier Megaelektronenvolt pro Nukleon abzubremsen und zu kühlen und sie dann, erstmals, mit HITRAP noch weiter auf sechs Kiloelektronenvolt pro Nukleon abzubremsen. Das ist nur noch ein Zehntausendstel der ursprünglichen Energie", erklärt Dr. Frank Herfurth, der Leiter des HITRAP-Projekts. "Mehrere Schritte sind nötig, um das zu erreichen: Aus dem ESR kommt der Ionenstrahl als langes Paket. Ein Buncher, der erste Baustein von HITRAP, schiebt die Ionen zu mehreren kurzen Paketen zusammen, damit sie in den beiden folgenden Linearbeschleunigern richtig abgebremst werden können. Die Funktion ist ähnlich wie beim Beschleunigen, nur dass man die Geräte invers benutzt – statt schneller zu machen, entschleunigt dieser Beschleuniger."
Die HITRAP-Anlage ist weltweit einzigartig als Apparatur zur Abbremsung von hochgeladenen Ionen. Eine Errichtungszeit von rund zehn Jahren war nötig, um die Apparatur zu konstruieren, zu bauen und anzupassen. Herausforderungen beim Aufbau der Anlage waren die geringen Intensitäten und Wiederholraten der Ionenpakete aufgrund der Grenzen der ESR-Aufnahmekapazität und des Zeitaufwands für die Kühlung. (nur ca. fünf Millionen Ionen alle 30 Sekunden, gegenüber ca. zehn Billionen Ionen 50-mal pro Sekunde am GSI-Linearbeschleuniger). Dies machte eine Verbesserung und teilweise Neukonstruktion der Diagnose nötig. Auch funktioniert der Abbremsvorgang nicht bei allen Ionen gleich gut, so dass einige mit hoher Geschwindigkeit geradeaus durch die Apparatur geleitet werden. Die Diagnose muss zwischen diesen unerwünschten und den korrekt gebremsten Ionen unterscheiden können. Des Weiteren weitet sich der Strahl beim Abbremsen stark auf – ein Effekt, auf den die Stahlführungskomponenten abgestimmt sein müssen.
Konzipiert wurde die Anlage, um schwere Uran-Ionen von Anfangsenergien bis zu 400 Megaelektronenvolt pro Nukleon abbremsen. Eine angeschlossene Ionenfalle, die sich momentan im Aufbau befindet, wird die Ionen einfangen, weiter abkühlen und damit für Präzisionsexperimente verfügbar machen. In diesen wird das starke elektrische Feld des hochgeladenen Kerns in Wechselwirkung mit einzelnen Elektronen oder mit einer Oberfläche, beispielsweise einem Silizium-Gitter, erforscht. Solche starken Felder wie in der Umgebung eines Urankerns sind anders nicht im Labor herstellbar. Sie erlauben es die Grenzen physikalischer Theorien, insbesondere der Quantenelektrodynamik, auszutesten. Dazu möchten die Forscher zum Beispiel die Eigenschaften eines einzelnen Elektrons im Feld eines Urankerns präzise vermessen.
HITRAP ist ein Teil der FAIR-Beschleunigeranlage, die zurzeit in internationaler Zusammenarbeit aufgebaut und an die bestehende GSI-Anlage angeschlossen wird. Es soll auch dort hochgeladene Ionen und zusätzlich die dann verfügbaren Antiprotonen abbremsen und neuartige Präzisionsexperimente ermöglichen. Initiiert in der GSI-Forschungsabteilung Atomphysik, wurde HITRAP gemeinsam mit der GSI-Projektabteilung Decelerators in Kooperation mit der Goethe-Universität Frankfurt gebaut. Wesentlich für den Erfolg war die dauerhafte Unterstützung der Linearbeschleunigerexperten im Beschleunigerbereich und der GSI-Fachabteilungen. Ein europäisches Netzwerk markierte den Startpunkt des Experimentierprogramms, an dem die GSI-Atomphysik, die Technische Universität Darmstadt, die Universität Mainz, das Max-Planck-Institut für Kernphysik sowie die Universität Heidelberg, die Universität Münster, das Kernfysisch Versneller Instituut in Groningen und das Imperial College London beteiligt sind.
]]>Chemieexperimente mit superschweren Elementen – mit Ordnungszahlen jenseits von 104 – stellen eine große Herausforderung dar. Zunächst muss das zu untersuchende Element künstlich an einem Teilchenbeschleuniger hergestellt werden. Die Produktionsraten liegen bei höchstens einigen Atomen pro Tag, bei den schwersten Elementen sogar noch darunter. Hinzukommt, dass die Atome instabil sind: Bei der aktuellen Arbeit betrug die Lebensdauer nur etwa zehn Sekunden. Trotz des großen Aufwands ist die Wissenschaft sehr an der Untersuchung der superschweren Elemente interessiert, weil sie einen Test des Einflusses der Einsteinschen Relativitätstheorie auf die Chemie ermöglicht. Die vielen positiv geladenen Protonen im Atomkern der „Superheavies“ beschleunigen die Elektronen in der Atomhülle auf hohe Geschwindigkeiten – bis auf etwa 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Gemäß der Relativitätstheorie werden die Elektronen dadurch schwerer, als wenn sie in Ruhe wären, was sich auf ihren Aufenthaltsort in der Atomhülle auswirkt und folglich auf die chemischen Eigenschaften. Dies wird im Vergleich mit homologen Elementen untersucht, die eine ähnliche Struktur in ihrer Atomhülle besitzen und in derselben Gruppe des Periodensystems stehen. Solche Studien eröffnen einen Zugang zu den fundamentalen Pfeilern des Periodensystems der Elemente – dem grundlegenden Ordnungsschema der Elemente für Chemiker in aller Welt.
Vor diesem Hintergrund wurde bereits seit einigen Jahren nach neuen Systemen gesucht, in denen relativistische Effekte klar zum Ausdruck kommen. Vorbereitend für die aktuellen Experimente entwickelten die Superschwere-Elemente-Chemie-Arbeitsgruppen am Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU), des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) und der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH (GSI) in Darmstadt in Zusammenarbeit mit Schweizer Kollegen vom Paul Scherrer Institut, Villigen und der Universität Bern eine neuartige Experimentmethode. Erste Testexperimente am Forschungsreaktor TRIGA Mainz waren insbesondere mit kurzlebigen Molybdän-Atomen erfolgreich. Die Methode wurde an der Universität Bern und in Beschleunigerexperimenten an der GSI weiterentwickelt. Dr. Alexander Yakushev von der GSI-Gruppe erläutert: „Eine große Herausforderung in solchen Experimenten ist der intensive Ionenstrahl des Beschleunigers, der auch moderat stabile chemische Verbindungen zerstört. Um dies zu verhindern, wurden Wolframatome – die schwereren Brüder des Molybdäns – erst im gasgefüllten TASCA-Separator an der GSI vom Strahl abgetrennt. Die Chemieexperimente wurden dann hinter TASCA durchgeführt, unter idealen Bedingungen für die Untersuchungen der neuen Verbindungen." Das Augenmerk lag auf der Bildung von Hexacarbonylkomplexen. Theoretische Arbeiten, die in den 1990er Jahren begannen, sagten vorher, dass Seaborgium solche Komplexe mit relativ hoher Stabilität bilden sollte. An die sechs Kohlenstoffmonoxid-Moleküle ist das Seaborgium durch Metall-Kohlenstoffbindungen, wie sie auch für die organometallischen Verbindungen typisch sind, gebunden. Viele solche Verbindungen weisen die gewünschte Bindungssituation auf, von der die Schwere-Elemente-Chemiker lange geträumt hatten.
Die Schwere-Elemente-Gruppe am RIKEN Nishina Center (RNC) in Japan optimierte die Produktion des Seaborgiums in der Kernfusion eines Neon-Ionenstrahls (Element 10) mit einem Curium-Target (Element 96) und die Abtrennung des Seaborgiums in ihrem gasgefüllten Separator GARIS. Dr. Hiromitsu Haba, der Leiter des Teams bei RIKEN, erläutert: „In der konventionellen Herangehensweise zur Produktion superschwerer Elemente wird der zweifelsfreie Nachweis einzelner Atome der superschweren Elemente wie des Seaborgiums oft durch viele unerwünschte Reaktionsprodukte unmöglich gemacht. Die Verwendung von GARIS erlaubte uns schließlich, Signale von Seaborgium und damit seine Produktionsrate und die Zerfallseigenschaften zu messen. GARIS eröffnete damit die Möglichkeit, neuartige chemische Studien mit Seaborgium in Angriff zu nehmen."
2013 untersuchten die beiden Teams zusammen mit Kollegen aus der Schweiz, aus Japan, den USA und China in Experimenten am RNC, ob sie Verbindungen wie Seaborgiumhexacarbonyl synthetisieren könnten. Nach zwei Wochen Experimentzeit rund um die Uhr, in denen die deutsche Chemieapparatur an den japanischen Separator gekoppelt wurde, hatte das Team 18 Seaborgium-Atome detektiert, die als flüchtige Carbonylkomplexe im Gasstrom transportiert werden konnten. Die Gasphaseneigenschaften sowie das Adsorptionsverhalten des Komplexes auf einer Siliziumdioxidoberfläche wurden untersucht und waren ähnlich wie diejenigen der Hexacarbonyle von Seaborgiums leichteren Homologen Molybdän und Wolfram. Dies sind sehr charakteristische Verbindungen der Elemente in der sechsten Gruppe des Periodensystems. Die gemessenen Eigenschaften sind im Einklang mit theoretischen Rechnungen, in denen die Effekte der Relativität mit berücksichtigt sind.
Dr. Hideto En'yo, Direktor des RNC, führt aus: „Der Durchbruch, der in diesem Experiment erzielt wurde, wäre ohne die enge Zusammenarbeit der 14 Forschungszentren aus aller Welt unmöglich gewesen." HIM-Direktor Prof. Dr. Frank Maas sagt: „Das Experiment stellt einen Meilenstein der chemischen Untersuchungen superschwerer Elemente dar. Die Forscher zeigten, dass viele neue Verbindungen dieser Elemente in Reichweite der neuartigen Experimenttechniken sind. Die Perspektiven, die sich für die Untersuchung der chemischen Bindung, nicht nur in den superschweren Elementen, eröffnen, sind faszinierend."
Nach diesem ersten erfolgreichen Schritt auf dem Weg zu detaillierteren Untersuchungen der superschweren Elemente schmiedet das Team bereits Pläne für weitere Studien anderer neuer Verbindungen, auch noch schwererer Elemente als Seaborgium.
Veröffentlichung:
Julia Even et al.
Synthesis and detection of a seaborgium carbonyl complex
Science, 19. September 2014
DOI: 10.1126/science.1255720
Michael Block forscht bei GSI am Experimentier-Aufbau SHIPTRAP. Mit seinem Team misst er präzise die atomaren und nuklearen Eigenschaften der schwersten Elemente. Seine Arbeit mit Penningfallen brachte ihm 2013 bereits den Flerov-Preis ein. Im April 2013 berief ihn die Universität Mainz in Kooperation mit GSI auf eine W3-Professur (Besoldungsgruppe Wissenschaft 3).
Jetzt folgt er dem Ruf. Im Winter 2014/2015 wird er sein neues Amt antreten und erste Lehrveranstaltungen geben. In gleichem Zuge übernimmt er dann auch die Leitung der Abteilungen Superschwere Elemente-Physik bei GSI und am Helmholtz Institut Mainz.
Michael Block studierte bis 1997 Physik an der Johannes Gutenberg-Universität. Anschließend promovierte er dort und kam dann als Postdoc zu GSI in die Atomphysik. Dort wurde er Projektleiter des SHIPTRAP-Experiments. Nach einem zweijährigen Forschungsaufenthalt in den USA kam er zurück zu GSI und übernahm zwei Jahre später die stellvertretende Leitung der Superschwere Elemente-Physik bei GSI. Er ist an Messprogrammen der Universität Main, des Helmholtz Instituts Mainz und an verschiedenen GSI-Experimenten beteiligt.
]]>Christian Graeff leitet die „Medizinische Physik“ innerhalb der GSI-Biophysik. Er hat eine neue Methode entwickelt, um die atmungsbedingte Bewegungen des Tumors bei der Therapie mit Ionenstrahlen zu berücksichtigen. Dazu nutzen sein Team und er vierdimensionale Computertomographie. Die Behnken-Berger-Stiftung verleiht jedes Jahr drei Förderpreise an junge Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftler. Der erste Preis, der mit 15 000 Euro dotiert ist, ging dieses Jahr an Dr. Karl Zeil vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. Der dritte Preis, dotiert mit 5 000 Euro, ging an Dr. Sonja Katayama aus der Radio-Onkologie der Uni Heidelberg. Sie alle wurden für hervorragende wissenschaftliche Leistung im Bereich der Radiologie ausgezeichnet.
Die Behnken-Berger-Stiftung geht zurück auf Hermann Behnken und sein Frau Traute Behnken-Berger. Hermann Behnken gehörte zu den führenden Pionieren der Radiologie in Deutschland. Die Stiftung fördert Wissenschaft und Forschung auf dem Gebiet des Strahlenschutzes mit dem besonderen Schwerpunkt der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses.
Die ESA-Sonde "Rosetta" hat nach ihrer zehnjährigen Reise durchs All den Zielkometen Churyumov-Gerasimenko im Sommer erreicht. Aktuell ist sie dabei, ihn zu vermessen und zu charakterisieren, unter anderem, um eine Landezone ausfindig zu machen. Im November 2014 soll dann ein Landefahrzeug auf der Oberfläche abgesetzt werden. Ferri, der die Leitung des Missionssteuerungszentrums ESOC in Darmstadt inne hat, wird über den Missionsverlauf und die neuesten Ergebnisse berichten.
Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In der Regel einmal pro Monat findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt.
Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab – nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von sowohl GSI-internen als auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Alle Vorträge finden im Hörsaal des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Beginn ist jeweils um 14 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie auf unserer Webseite www-dev.gsi.de/wfa.
An NAVI beteiligt sind neben GSI insgesamt 13 Partner aus Deutschland, Frankreich, der Schweiz und den USA. NAVI etabliert eine synergetische und enge Zusammenarbeit zwischen experimenteller und theoretischer Kernphysik, Astrophysik und Astronomie. Ziel ist es, grundlegende Fragen der nuklearen Astrophysik wie hydrostatisches Brennen in Sternen und die Synthese von schweren Elementen im Universum durch den r-Prozess zu untersuchen. An den Experimentieranlagen der Partner können die Wissenschaftler die Eigenschaften der am r-Prozess beteiligten Kerne erforschen.
]]>In einem Rundgang besuchte Rousset den Hauptkontrollraum sowie den Behandlungsplatz für die Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Er zeigte sich beeindruckt von den GSI-Forschungsaktivitäten und äußerte sich positiv über das Vorhaben, die Zusammenarbeit zwischen GSI und seiner Region zu erhalten und auszubauen.
GSI unterhält Kooperationen mit Aquitanien im Bereich der Laser- und Plasmaphysik sowie der Biophysik und Materialforschung. Mit der Universität Bordeaux besteht eine langjährige Zusammenarbeit: Französische Forscher unterstützten bereits den Aufbau des GSI-Lasersystems PHELIX mit Komponenten und Expertise und sind am laufenden Experimentierprogramm beteiligt. Das Forschungszentrum CENBG in Bordeaux-Gradignan führt mit PHELIX Experimente zur Laseranregung von Atomkernen durch. Ein weiteres Beispiel ist die Microbeam-Anlage, mit der die Forscher einzelne Ionen in Zellkerne schießen können, um die DNA-Reparaturmechanismen zu studieren. Es besteht ein Austausch mit einer ähnlichen Anlage in Bordeaux.
]]>Weitere geförderte Projekte sind "ELiSE – Marine Planktonorganismen als Vorbild für den Strukturleichtbau" des Alfred-Wegener-Instituts (AWI), "Commercializing DESY detectors – Kommerzieller Vertrieb hoch-technologischer Kameras für den Röntgenbereich" des DESY sowie "Sunbelt Energy Technologies – Solarturmsystem mit integriertem Speicher zur Produktion von Strom und industrieller Hochtemperatur-Prozesswärme" des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Seit 2005 hat die Helmholtz-Gemeinschaft insgesamt 86 Gründungsideen ihrer Zentren aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds finanziert. Das Förderprogramm „Helmholtz Enterprise“ sichert die kritische Startphase von Ausgründungen und trägt so dazu bei, dass Forschungsergebnisse zügig zum Nutzen von Gesellschaft und Wirtschaft eingesetzt werden.
Pressemitteilung der Helmholt-Gemeinschaft über die Förderung von Ausgründungen
Pressemitteilung zum Start-up-Preis von Class 5 Photonics
]]>Die Spiele bestanden aus jeweils zwei Halbzeiten mit einer Länge von zehn Minuten. Sieben Spieler pro Team inklusive des Torhüters nahmen an einem Spiel teil. In jedem Team musste mindestens eine Frau permanent auf dem Platz sein. Insgesamt wurden von jedem Team während des Turniers fünf Spiele ausgetragen.
Es gewann das Team der "Heavy Lions" vor den "Fiery Rings" auf dem zweiten und den "Unified Field Heroes" auf dem dritten Platz. Den Sommerstudenten gelang es, den vierten Platz zu erzielen. Stephan Kipp von den "Heavy Lions" wurde zum besten Torhüter des Fußballturniers gewählt.
]]>In seiner Eröffnungsansprache stellte Organisator und Doktorandenvertreter Pradeep Ghosh die Idee des PhD Science Days vor, anschließend sprach GSI-Forschungsdirektor Professor Karlheinz Langanke über die Forschung bei GSI. Der wissenschaftliche Koordinator Dr. Gerhard Burau der Helmholtz-Doktorandenschule HGS-HIRe, über die alle GSI- und FAIR-Doktorarbeiten organisiert sind, sprach einige Worte zur Motivation. FAIR-Vizeforschungsdirektor Dr. Inti Lehmann erläuterte die FAIR-Planung und die Zukunftsperspektiven. Im Anschluss standen den Teilnehmern einige Alumni für einen Informationsaustausch und Karrieretipps zur Verfügung.
In der abschließenden Poster-Session präsentierten die teilnehmenden Doktoranden in 26 Postern ihre Forschungsgebiete. Die Sommerstudenten wählten die beiden besten Poster, die jeweils mit einer Preisurkunde und einer GSI-Tasche geehrt wurden. Die Gewinner waren Claudia Behnke (HADES) und Oliver Deppert (Plasmaphysik).
]]>„Die Errichtung eines Helmholtz-Instituts auf dem Mainzer Universitätscampus bedeutet eine nachhaltige Stärkung unserer Spitzenforschung in der Kernphysik und der Kernchemie insbesondere auch in Kooperation mit dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt“, erklärte der Präsident der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, Prof. Georg Krausch, „was zur weiteren Schärfung unseres Forschungsprofils – national und international – beiträgt. So ist das Helmholtz-Institut Mainz auch ein starker strategischer Partner in dem Exzellenzcluster PRISMA der Universität.“
„Das Helmholtz-Institut Mainz vereint das Beste zweier Welten: die intellektuelle Stärke einer Forschungsuniversität und die technischen Möglichkeiten eines nationalen Forschungszentrums“, erklärt der geschäftsführende Direktor des Helmholtz-Instituts Mainz, Univ.-Prof. Dr. Frank Maas. „FAIR ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben in der physikalischen Grundlagenforschung. Die Beschleunigeranlage wird Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern und damit eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten ermöglichen, von denen sich die Forscher neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute versprechen. Ziel ist es, die Reaktionen von Antimaterie besser zu verstehen und damit die Struktur der uns umgebenden Materie zu erforschen. Der Neubau mit hochspezialisierten Laborräumen, High Performance Computing und einem Großtechnikum schafft hierzu eine exzellente Infrastruktur.“
Der Geschäftsführer des Landesbetriebs Liegenschafts- und Baubetreuung (LBB) Holger Basten sagte: „Die gewerkeweise Vergabe der Bauleistungen durch den Landesbetrieb Liegenschafts- und Baubetreuung ermöglicht bei diesem Projekt, ein technisch sehr anspruchsvolles Gebäude in kürzester Zeit zu realisieren. Gleichzeitig ist dieses Verfahren natürlich mittelstandsfördernd.“
Das Helmholtz-Institut Mainz (HIM) ist ein Forschungsinstitut auf dem Gebiet der Kern-, Teilchen- und Atom- sowie der Beschleunigerphysik. 2009 gegründet gilt es als das erste seiner Art. Es besteht aus einer Außenstelle eines Helmholtzzentrums und einer deutschen Universität. Die Idee zur Gründung des HIMs war es, die herausragende Kompetenz der experimentellen und theoretischen Gruppen der JGU auf dem Gebiet der Kern-, Teilchen- und Beschleunigerphysik mit der weltweit einzigartigen Beschleunigeranlage der nationalen Großforschungseinrichtung der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt noch enger und dauerhaft zu verzahnen.
2012 hat der Deutsche Wissenschaftsrat die nationale und wissenschaftliche Exzellenz des HIMs durch die Förderzusage eines Forschungsbaus bestätigt. Der Forschungsbau, geplante Fertigstellung Spätsommer 2015, wird den sechs interdisziplinär aufgestellten Forschungssektionen ein kooperationsförderndes Umfeld bereitstellen. Der Forschungsbau wird hälftig vom Bund und dem Land Rheinland-Pfalz getragen und umfasst neben Büro- und Konferenzräumen hochspezialisierte Laborräume, High Performance Computing und ein Großtechnikum für die Montage von Beschleunigerkomponenten und Detektoren.
Das präzise Verständnis der starken Wechselwirkung im Standardmodell der Physik ist das gemeinsame Forschungsziel der sechs Sektionen des Helmholtz-Instituts Mainz. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des HIM sind maßgeblich mit an der Entwicklung und dem Aufbau der internationalen Beschleunigeranlage FAIR („Facility for Antiproton and Ion Research“) in Darmstadt beteiligt. Dort werden einzigartige Möglichkeiten für Präzisionsexperimente geschaffen.
Das Helmholtz-Institut Mainz wird zum einen Teil von Bund und Land finanziert, wobei der Bund 90 Prozent der laufenden Kosten, Rheinland-Pfalz die verbleibenden zehn Prozent trägt. Die Johannes Gutenberg-Universität Mainz bringt in etwa gleicher Größenordnung technische Infrastruktur, wissenschaftliches und technisches Personal sowie Overheadmittel wie Energiekosten ein. Das Institut verfügt dadurch über einen jährlichen Etat von insgesamt rund zehn Millionen Euro.
]]>Drei Meter lang, 2,50 Meter hoch und breit – so groß wird der fertige Detektor NeuLAND sein. Aus 3000 Messinstrumenten setzt er sich zusammen. Dabei handelt es sich um Kunststoffstäbe, sogenannte Plastik-Szintillatoren. Sobald ein Neutron sie durchläuft und mit den Szintillatoren wechselwirkt, erzeugen sie Licht. Es wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das den Wissenschaftlern Informationen über das Neutron liefert.
Die Neutronen stammen aus einer Aufbruchreaktion: Wenn beschleunigte neutronenreiche Kerne auf eine Folie prallen, werden sie angeregt und emittieren ein oder mehrere Neutronen. Wissenschaftler wollen diese Neutronen messen und sehr genau wissen, wie viele Neutronen den Detektor durchlaufen. Denn dadurch erfahren sie mehr über extrem neutronenreiche Kerne, die bei der natürlichen Erzeugung von Elementen wie Gold oder Blei in Supernovae, das heißt Sternexplosionen, eine entscheidende Rolle spielen. Diese Kerne sollen zukünftig in der neuen FAIR-Beschleunigeranlage produziert werden. Besonders interessieren sich die Forscher auch für exotische Systeme, die fast ausschließlich aus Neutronen bestehen, deshalb künstlich erzeugt werden müssen und nur für einen kurzen Augenblick existieren. Zerfallen sie, gibt die Bewegung der Neutronen Informationen über deren spezielle Eigenschaften preis.
Doch Neutronen zu messen ist eine besondere Herausforderung für Physiker. Da die Neutronen, wie der Name sagt, neutral, also nicht elektrisch geladen sind, wechselwirken sie kaum mit Materie. Meistens huschen sie quasi unbemerkt durch ein Messinstrument hindurch. „Deshalb ist der NeuLAND-Würfel so groß“, erklärt Dr. Konstanze Boretzky, Leiterin der NeuLAND-Arbeitsgruppe. „Je mehr Strecke die Neutronen durch Materie zurücklegen, desto eher geben sie sich zu erkennen. Wenn sie NeuLAND durchlaufen, geben sie ihre Energie vollständig ab. Diese Energie der Neutronen ist neben der Zeit des Auftreffens eine wichtige Information“, erklärt Boretzky. „Wir wollen aus der Messung der Neutronen auf den ursprünglichen neutronenreichen Kern zurückschließen, der in der Kernreaktion zerfallen ist. Dazu müssen wir auch erkennen können, wenn mehrere Neutronen dicht beieinander auf den Detektor treffen. Das geht nur, wenn wir ihre Energien messen und die Treffer so zuordnen können.“
Derzeit wird mit dem Team um Boretzky die fünfte NeuLAND-Doppelebene bei GSI aufgebaut, im September wird der zu einem Fünftel fertiggestellte Aufbau im GSI-Strahl getestet. Bis 2017 sollen dann alle 30 Doppelebenen zusammengebaut werden.
NeuLAND wird unter der technischen Leitung der GSI-Gruppe zur Erzeugung seltener Isotopenstrahlen im FAIR@GSI-Projekt im Rahmen der NUSTAR-Kollaboration aufgebaut. Es wird im Hochenergie-Zweig des Super-Fragmentseparators der neuen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR stehen. Maßgeblich beteiligt am NeuLAND-Bau sind neben GSI die Technische Universität Darmstadt, die Universität zu Köln, die Goethe-Universität in Frankfurt und das Petersburg Nuclear Physics Institute.
]]>Strahlzeit – so heißt die Experimentierzeit mit dem Ionenstrahl aus der Teilchenbeschleunigeranlage. Strahlzeit bedeutet für die Wissenschaftler Tage und Nächte am Experimentierplatz, Laborarbeit unter Zeitdruck und Daumen drücken, dass Messinstrumente und Ionenstrahl perfekt laufen – dann aber auch große Freude, wenn ein Experiment erfolgreich war, gemeinsames Pizza-Essen oder das Wiedersehen mit Kollegen, die für Experimente aus aller Welt anreisen. Mitarbeiter der Öffentlichkeitsarbeit begleiten die Teams aus Biophysik, Materialforschung oder Kernphysik während der Strahlzeit und führen Tagebuch.
Die Artikel und Fotos erscheinen auf dem GSI-Blog „Beam On“, der ab dem 21. Juli 2014 online ist. Der Blog soll Außenstehenden ein Blick hinter die Kulissen des Forschungsbetriebs bei GSI ermöglichen. Beam On ist auf dem Blogportal der Helmholtz-Gemeinschaft angesiedelt und kann per RSS-Feed abonniert werden. Ein Blog ist eine fortlaufende Sammlung von Artikeln in chronologischer Reihenfolge. Kommentare und Fragen zu den Artikeln sind erwünscht.
An HADES (High-Acceptance Di-Electron Spectrometer) untersuchen die Forscher die Aufprallreaktionen von beschleunigten Teilchen auf eine Materialprobe. Besonders interessieren sie dabei die Pionen. Sie gehören zur Gruppe der Mesonen, die jeweils aus einem Quark und einem Antiquark gebildet werden. Auf der Erde kommen sie nicht vor, nur im Weltall, aber die Forscher können sie künstlich herstellen. Dazu beschleunigen sie Stickstoff mit dem GSI-Teilchenbeschleuniger und lassen ihn auf lange Stäbe aus Beryllium prallen. Beim Durchtritt entstehen die Pionen und können mit Magneten aussortiert und gebündelt werden. Dank des für FAIR erfolgten Umbaus des GSI-Ringbeschleunigers können die Pionen nun auch in großer Anzahl für Experimente erzeugt werden. Im HADES-Aufbau bringt man sie gezielt zur Kollision mit anderen Teilchen und erzeugt noch seltenere Exoten.
"Ganz wichtig bei dieser Kollision ist der Impuls der Pionen", erklärt Professorin Laura Fabbietti von der Technischen Universität München, die das CERBEROS-System mit aufgebaut hat. "Den Impuls müssen wir mit einer Genauigkeit von einem Promille bestimmen. Deshalb haben wir CERBEROS entwickelt. Es hat drei Köpfe, genauso wie der Höllenhund. Weil es vor dem HADES steht, haben wir uns für den Namen entschieden." Die drei Köpfe des Systems sind drei Detektorkomponenten an unterschiedlichen Stellen: ein Diamantzähler und zwei Halbleiterdetektoren aus Silizium, einer bei der Pionenproduktion und einer am HADES-Aufbau.
Das besondere an den Halbleiterdetektoren ist die angeschlossene Elektronik. Normalerweise ist ein Detektor auf ein externes Signal angewiesen, das ihm sagt, zu welchem Zeitpunkt ein interessantes Ereignis zu beobachten ist und er die Messung aufnehmen soll. Das nennt man "triggern". In CERBEROS ist ein neuartiger Mikrochip, der n-XYTER, verbaut, der sich selbst triggern kann. Er entscheidet, ob ein Ereignis relevant oder uninteressant ist, und zeichnet nur die wichtigen Ereignisse auf. Kombiniert ist er mit der Ausleseelektronik TRB3, die besonders schnell und präzise ist. Der Diamantzähler hat eine Fläche von knapp 200 Quadratmillimetern und besteht aus neun monokristallinen Diamanten, die besonders schwer herzustellen sind. Alle Komponenten haben Forscher aus dem GSI-Detektorlabor und der -Experiment-elektronik in Zusammenarbeit mit verschiedenen Universitäten entwickelt.
Drei Jahre hat es gedauert, CERBEROS zusammenzubauen. Im Mai 2014 war es so weit und das System konnte in einer Strahlzeit am GSI-Beschleuniger in Betrieb gehen. Die erfolgreichen Messungen setzen die Forscher nun in aktuell laufenden Experimenten im Juli und August fort. Da das Konzept der selbst-triggernden Ausleseelektronik nicht auf die Messung von Pionen beschränkt, sondern sehr flexibel einsetzbar ist, können Teile des Systems auch an der internationalen Beschleunigeranlage FAIR, beispielsweise in den Experimenten zu Antimaterie PANDA und zu komprimierter Kernmaterie CBM, Verwendung finden. FAIR befindet sich im Aufbau und wird an die bestehenden GSI-Beschleuniger angeschlossen. Auch Forschungsanlagen in Russland und in Japan haben schon Interesse signalisiert.
]]>Anfang Juni rief Haseitl, der in der GSI-Abteilung Strahldiagnose arbeitet und engagierter Hobbyfotograf ist, alle GSI- und FAIR-Mitarbeiter dazu auf, Fotos zu einem internen Wettbewerb einzureichen. Einzige Bedingung war: Das Foto musste selbst auf GSI- oder FAIR-Gelände aufgenommen worden sein.
Nach einer zweiwöchigen Ausstellung aller Fotos, wurde nun der Publikumsliebling und die Plätze 1 bis 3 vergeben.
Mit 50 Stimmen wählte das Publikum Rainer Haseitls Bild, „Die Ruhe vor der Lethargie“ zum Favoriten.
Die Jury hatte die Fotos grob in drei Kategorien eingeordnet: Natur & Außengelände, Technik & Wissenschaft, Kreativität & Humor. „Auch 2015 soll es wieder einen internen Fotowettbewerb geben“, so Haseitl. „Wir werden alle Informationen rechtzeitig veröffentlichen.“
]]>„Unsere Mission ist es, die weltweiten Entwicklungen der Physik zu unterstützen, internationale Kooperationen in Physik zu fördern und dabei zu helfen, drängende Probleme der Menschheit mithilfe von Physik in Angriff zu nehmen“, so schreibt die IUPAP auf ihrer Homepage. Dieses Ziel verfolgt die Organisation indem sie Konferenzen, Veröffentlichungen und den Austausch unter Wissenschaftlern fördert.
Unter anderem ist die IUPAP gemeinsam mit ihrer Schwesterorganisation aus der Chemie IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) dafür verantwortlich, die Entdeckung neuer Elemente anzuerkennen und die Entdecker zu ernennen. So durfte zum Beispiel GSI sechs neue Elemente des Periodensystems taufen, nachdem IUPAP und IUPAC die Bestätigung der Forschungsergebnisse aus anderen Labors als ausreichend einstuften.
In ihren jährlichen Treffen diskutieren die Mitglieder neueste Entwicklungen der Physik und tragen die wichtigsten Forschungsschwerpunkte für die nächsten 10 bis 20 Jahre zusammen. Teilnehmer berichten aus Asien, Lateinamerika, Europa, Kanada und den USA. So behalten sie die Übersicht über die Forschung an existierenden und die Fortschritte an im Bau befindlichen Forschungsanlagen weltweit. In diesem Zusammenhang besichtigten die Teilnehmer unter anderem die Baustelle der neuen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR, deren Hauptgesellschafter GSI ist.
Die IUPAP ist eine Nichtregierungsorganisation, die sich durch die Beiträge der Mitglieder finanziert, die wiederum von nationalen Instituten oder Forschungsgemeinschaften entsandt werden.
Braun-Munzinger leitete die bei GSI existierende ALICE-Abteilung in den Jahren von 1996 bis 2011. GSI hat von Anfang an eine führende Rolle beim Bau und beim wissenschaftlichen Programm von ALICE gespielt, zusammen mit den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Heidelberg und Münster und den Fachhochschulen Köln und Worms. Deutsche Forscher sind bei drei zentralen ALICE-Projekten engagiert: der Zeitprojektionskammer, dem Übergangstrahlungsdetektor sowie dem sogenannten "High Level Trigger", einem neuartiger Hochleistungsrechner, der innerhalb von Bruchteilen von Sekunden die ungeheuren Datenmengen jedes ALICE-Ereignisses analysieren kann.
Der Lise-Meitner-Preis wird seit dem Jahr 2000 alle zwei Jahre von der Europäischen Physikalischen Gesellschaft verliehen. Er ist nach der Kernphysikerin Lise Meitner benannt, die unter anderem die erste physikalisch-theoretische Erklärung der Kernspaltung veröffentlichte. Er soll die Breite und Stärke der Kernphysik in Europa darstellen und wird an Wissenschaftler aus dem europäischen Raum verliehen.
Informationen zum Lise-Meitner-Preis bei der Europäischen Physikalischen Gesellschaft
]]>Eine kleine Kugel schießt, von einer Feder angetrieben, eine Röhre bergauf. Sie trifft auf eine große Kugel und bleibt magnetisch an ihr haften. Das Fusionsspiel verdeutlicht das Prinzip, nach dem Wissenschaftler mit dem GSI-Teilchenbeschleuniger neue Elemente herstellen. In der Forschung und bei dem Fusionsspiel ist es nicht einfach, die richtige Energie zu treffen. Ist die Kugel zu langsam, überwindet sie die Steigung nicht, ist sie zu schnell, schießt sie an der großen Kugel vorbei. Doch über 60 Besuchern gelang es, ein neues Elemente zu erzeugen, das sie anschließend auch symbolisch taufen durften. So wie der Entdecker des Elements „Darmstadtium“, Sigurd Hofmann, der als „bekennender Heiner“ vor Ort war und Fragen beantwortete.
Neben dem Spiel, interessierten sich die Besucher vor allem für die Fortschritte auf der FAIR-Baustelle und die neuen Entwicklungen bei der Krebstherapie mit schweren Ionen.
Für kleine und große Besucher bietet der Stand auch Experimente zum Mitmachen: Gäste können an einem interaktiven Modell erfahren, wie Wissenschaftler mit einem Teilchenbeschleuniger ein neues chemisches Element herstellen. Fachkundige Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, darunter der "bekennende Heiner" Professor Sigurd Hofmann, der bei GSI das Element 110 - Darmstadtium - mitentdeckt hat, beantworten Fragen rund um GSI und FAIR.
Dr. Mohammad Shahab Sanjari entwickelte für seine Doktorarbeit "Resonant pickups for non-destructive single-particle detection in heavy ion storage rings and first experiments" (dt. Resonante Messgeber für zerstörungsfreie Detektion einzelner Teilchen in Schwerionenspeicherringen und erste Experimente) an der Goethe-Universität in Frankfurt ein neuartiges, nicht-destruktives Detektorsystem für Experimente mit gespeicherten Ionen und setzte es in ersten Experimenten am GSI-Speicherring ESR erfolgreich ein. Das neue System zeichnet sich durch eine extrem hohe Empfindlichkeit aus, die es erlaubt, die Umlauffrequenzen einzelner Ionen zu messen und dynamische Prozesse zu untersuchen. Aufgrund der exzellenten Nachweissensitivität wurde der Detektor bereits als Standarddiagnoseelement im ESR implementiert. Ein Einsatz an den Speicherringen der im Bau befindlichen Beschleunigeranlage FAIR ist ebenfalls geplant.
Nathalie Benedikt gratulierte dem Preisträger und sagte: „Es ist für Pfeiffer Vacuum sehr wichtig die Spitzenforschung und insbesondere den Nachwuchs zu fördern.“ Der GSI-Doktorandenpreis wurde in diesem Jahr erstmals für die beste Doktorarbeit des Jahres 2013 auf einem Gebiet der Forschung und technologischen Entwicklung für die zukünftige Beschleunigeranlage FAIR ausgeschrieben, die aktuell in internationaler Zusammenarbeit errichtet und an die bestehenden GSI-Beschleuniger angeschlossen wird. „FAIR lockt bereits jetzt junge Wissenschaftler aus aller Welt“, sagt Karlheinz Langanke. „Sie leisten mit ihrer innovativen Forschung bei HGS-HIRe wichtige Beiträge zur Entwicklung der neuen Beschleunigeranlage und der Detektoren.“
Teilnahmeberechtigt war, wer im Jahr 2013 promoviert worden ist und 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 über 350 Doktorandinnen und Doktoranden im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) an ihren Promotionsarbeiten über GSI und FAIR.
]]>Weitere Informationen in der Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst
]]>Der Jugendkirchentag der Evangelischen Kirche Hessen und Nassau findet dieses Jahr in Darmstadt statt. Vom 19. bis zum 22. Juni kommen 13- bis 18-Jährige und ihre Betreuer aus ganz Deutschland zu der Veranstaltung, die zum siebten Mal organisiert wird. Im Begleitprogramm, für das die Plätze limitiert sind, finden sich neben dem Besuch bei GSI, eine Führung durch die Jüdische Synagoge Darmstadts, durch die Firma Merck, durch das Hessische Staatsarchiv und ein alternativer Stadtrundgang.
Die Teilnehmerinnen und Teilnehmer können außerdem Konzerte besuchen, sportlich aktiv werden, Gottesdienst feiern oder bei einer Stadtrallye Darmstadt kennenlernen – passend zum Motto: „go(o)d days & nights“. In Workshops befassen sie sich intensiver mit Tanz, Theater, Glaube, Politik oder Technik. Es finden fast 300 Veranstaltungen in Darmstadt und Umgebung statt, zu denen 4000 Jugendlich erwartet werden.
Forscher einer internationalen Kollaboration der GSI, der Technischen Universität Darmstadt, des Los Alamos National Laboratory (LANL), Los Alamos, USA, und des Instituts für Theoretische und Experimentelle Physik (ITEP), Moskau, Russland haben das Protonenmikroskop PRIOR (Proton Microscope for FAIR) gemeinsam aufgebaut. Für die ersten Experimente verwendeten sie einen Protonenstrahl, der mit der GSI-Beschleunigeranlage auf eine Energie von 4,5 Gigaelektronenvolt beschleunigt wurde (das entspricht etwa 98 Prozent Lichtgeschwindigkeit). Eine spezielle Anordnung aus vier Quadrupolmagneten diente als Optik, ähnlich den Glaslinsen in einem herkömmlichen Mikroskop. Sie fokussierte den Protonenstrahl, um das im Strahl befindliche Objekt vergrößert abzubilden. So durchleuchteten die Wissenschaftler unterschiedliche Gegenstände wie verschieden dicke Drähte oder eine Armbanduhr aus komplexen Einzelteilen.
Mit diesem Messaufbau gelang es Objekte und Objektstrukturen bis zu einer Größe von 40 Mikrometern aufzulösen. Damit erreichte die Anlage PRIOR an der GSI bereits bei der Inbetriebnahme vergleichbare Auflösungen wie die besten bestehenden Anlagen in den USA oder Russland. Die Forscher wollen die Auflösung in weiteren Experimenten dieses Jahr auf bis zu zehn Mikrometer verbessern. Ein weiteres Ziel ist die Aufzeichnung von Bildsequenzen von sich bewegenden Objekten. Beispielsweise sollen im Juli dieses Jahres dünne Drähte durch eine starke Stromentladung explosionsartig verdampft und diese sogenannte Plasmaexpansion mit dem Protonenstrahl untersucht werden.
Protonen durchdringen heiße, dichte Materie, die auch als Plasma bezeichnet wird. Ihr gilt das eigentliche Interesse der Forscher, denn man kann sie in Sternen oder Gasplaneten wie dem Jupiter finden. Im Labor sind solche Materiezustände kurzzeitig beispielsweise mit Lasern oder starken elektrischen Entladungen erzeugbar. Da Protonen im Gegensatz zu Strahlungsarten wie Licht oder Röntgenstrahlung diese Materie durchdringen können, bietet das Protonenmikroskop PRIOR einzigartige Untersuchungsmöglichkeiten. "Neben der Erforschung der Vorgänge im Weltraum hat die Technik auch ganz praktische Anwendungen", erklärt Dr. Dmitry Varentsov aus der GSI-Abteilung "Plasmaphysik-Detektoren". "Man könnte beispielsweise laufende Motoren durchleuchten oder sogar Diagnostik und Therapie von Tumoren damit machen. Alle diese Ansätze möchten wir verfolgen." In Vorläuferexperimenten zur Krebsdiagnostik und -therapie mit Protonen am Aufbau in Los Alamos war es den Forschern bereits im Jahr 2013 gelungen, ein Protonenbild einer Maus zu erstellen.
Eine wichtige Rolle wird die Protonenmikroskopie auch an der Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) spielen, die gerade in internationaler Zusammenarbeit gebaut und an die bestehende GSI Beschleunigeranlage angeschlossen wird. Dort werden noch energiereichere Protonen zur Verfügung stehen und die Experimentiermöglichkeiten für PRIOR erweitern. Nach der Fertigstellung von FAIR soll das Protonenmikroskop dorthin umziehen.
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AGATA (Advanced Gamma Tracking Array) ist ein einzigartiges Messinstrument, das Gamma-Teilchen sichtbar macht. An dem Detektor und an seiner Entwicklung arbeiten 350 Wissenschaftler aus 43 Instituten in elf Ländern. „Ein Projekt dieser Größenordnung lässt sich nur im Verbund meistern“, sagt Jürgen Gerl, Mitglied des Leitungsgremiums der AGATA-Kollaboration und Leiter der Gammaspektroskopie-Abteilung bei GSI. „Um AGATA nun effizient zu nutzen, experimentieren wir wechselnd an drei Beschleunigerlaboren.“
In den letzten zwei Jahren war GSI AGATAs Heimat. „Wir haben im Betrieb täglich bis zu fünf Terabyte an Daten gesammelt, so viel wie noch kein GSI-Experiment bisher“, sagt Gerl. „Diese Messungen bieten genug wissenschaftlich interessantes Material für etwa 20 Doktorarbeiten. Die Analysen sind allerdings sehr aufwendig, sodass mit endgültigen Ergebnissen erst in ein bis zwei Jahren zu rechnen ist.“ Zuvor war der Detektor an den Legnaro National Laboratories (LNL) in Italien im Einsatz. „Der dortige Beschleuniger lieferte uns stabile Isotope bei niedrigen Energien. Damit können ganz andere Bereiche erforscht werden als mit den instabilen Strahlen und sehr hohen Energien der GSI-Beschleuniger“, erklärt Gerl.
Nun soll AGATA zwischen zwei und vier Jahre am Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (GANIL) in Frankreich verbringen. Dort könnte der Detektor beispielsweise mit Strahlen aus dem neuen Beschleuniger Spiral-2 beliefert werden. „Auf diese Weise nutzen wir die Leistung des Detektors maximal aus und bekommen möglichst viel Strahlzeit. Immerhin hat er bisher 12 Millionen Euro gekostet.“ Nur wenige Beschleunigerinstitute der Welt können die exotischen Kerne erzeugen, die AGATA erforschen soll. Viele Wissenschaftler bewerben sich deshalb für die rare Experimentierzeit.
AGATA vermisst Gamma-Strahlung, die entsteht, wenn exotische Atomkerne zerfallen. Exotisch heißt, dass sie entweder sehr viel mehr oder sehr viel weniger Neutronen im Kern haben als Protonen. Diese Kerne spielen zum Beispiel eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von schweren Elementen wie Gold oder Blei in Supernovae.
Zum Start von FAIR soll AGATA zurück nach Darmstadt kommen. An der neuen Teilchenbeschleunigeranlage wird AGATA dann im Rahmen der NUSTAR-Kollaboration Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions im HISPEC-Experiment (High-Resolution In-flight Spectroscopy) zum Einsatz kommen, um weitere fundamentale Erkenntnisse zu den Kernkräften und der Elementsynthese im Universum zu gewinnen.
]]>Für kleine und große Besucher bietet der Stand ein Experimentierprogramm zum Mitmachen: Gäste können an einem Modell erfahren, wie die Teilchenbeschleuniger bei GSI und FAIR funktionieren oder wie man durch Fusion ein neues chemisches Element herstellen kann. Vormittags gibt es Wissenschaftskino für Kinder und Erwachsene zu sehen. Ein wechselndes Programm mit Kurzvorträgen lockt ebenfalls an den Stand.
Der Standort des Gemeinschaftsstands von "Hessen schafft Wissen" befindet sich auf dem Berliner Ring und ist während des gesamten Hessentags von 10 bis 19 Uhr geöffnet. Am 7. Juni um 10:30 Uhr wird der Stand offiziell durch Boris Rhein, den Hessischen Minister für Wissenschaft und Kunst, eröffnet.
Neben GSI und FAIR präsentieren sich auch das Helmholtz International Center for FAIR und die Doktorandenschule HGS-HIRe auf dem Gemeinschaftsstand. Des Weiteren sind zahlreiche Universitäten, wissenschaftliche Einrichtungen und Wirtschaftspartner aus der Region vertreten, unter anderem die Senckenberg-Gesellschaft, die ESOC und die Firma Merck.
]]>Wissenschaftsminister Boris Rhein: „Die wissenschaftlichen Erfolge machen deutlich, welches Potenzial in den beiden Einrichtungen steckt. Die Zukunft Hessens entscheidet sich ganz maßgeblich an der Entwicklung von Forschung, Technologie und Innovation. Nur mit der Aufrechterhaltung der Innovationsfähigkeit unseres Landes sind Wohlstand und nachhaltiges Wachstum auch für die kommenden Generationen möglich. Mit der neuen Beschleunigeranlage FAIR schaffen wir gemeinsam mit dem Bund und den internationalen Partnern die nachhaltige Grundlage dafür, dass diese wissenschaftliche Erfolgsgeschichte weitergeschrieben werden kann.“
Ein internationales Wissenschaftlerteam konnte vor kurzem das superschwere Element mit der Ordnungszahl 117 nachweisen und damit die Entdeckung eines russisch-amerikanischen Wissenschaftlerteams bestätigen. Dieser Nachweis ist der jüngste Forschungserfolg der hessischen Großforschungseinrichtung, an der bereits die Elemente 107 bis 112 entdeckt wurden. Zwei dieser Elemente tragen daher die Namen Hassium und Darmstadtium und ehren damit Sitzland und Standort der GSI.
In den nächsten Jahren entsteht unter der Leitung der FAIR GmbH und mit wesentlichen Beiträgen der GSI die neue internationale Beschleunigeranlage FAIR, eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. FAIR bietet dann 3.000 Wissenschaftlern aus aller Welt eine einzigartige Forschungsstätte, an der sie neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute gewinnen können. Neben der Grundlagenforschung sollen an FAIR neue medizinische Therapie- und Diagnoseverfahren, neue Materialien beispielsweise für die Raumfahrt und energieeffizientere Hochleistungscomputer entwickelt werden.
„Die GSI hat in den mehr als 40 Jahren ihres Bestehens wissenschaftliche Meilensteine gesetzt, die Strahlkraft in die ganze Welt haben. Darauf sind wir Hessen stolz und wir freuen uns mit FAIR auf spannende Ergebnisse der Grundlagenforschung sowie auf innovative Anwendungen“, so Wissenschaftsminister Boris Rhein abschließend.
Die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH ist ein vom Bund und dem Land Hessen sowie von den Ländern Thüringen und Rheinland-Pfalz finanziertes Forschungszentrum mit einem Jahresetat von gut 108 Millionen Euro und mehr als 1.200 Mitarbeitern. Die GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Jährlich nutzen etwa 1.200 Wissenschaftler aus aller Welt die Ionenstrahlen für Experimente in der Grundlagenforschung. Das Forschungsprogramm umfasst ein breites Spektrum von der Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Biophysik und Medizin. GSI ist Hauptgesellschafter von FAIR und insoweit verantwortlich für Bau und Inbetriebnahme der Beschleunigeranlage.
Die internationale Teilchenbeschleunigeranlage FAIR, die zurzeit von der Facility for Antiproton and Ion Research in Europe GmbH (FAIR GmbH) gebaut wird, ist ein von Deutschland und neun internationalen Partnern getragene Großforschungsanlage mit einem Investitionsvolumen von rund 1,6 Milliarden Euro. FAIR wird derzeit in Darmstadt in unmittelbarer Nachbarschaft des GSI Helmholtz-Zentrums für Schwerionenforschung errichtet. FAIR wird voraussichtlich 2018 den Forschungsbetrieb aufnehmen und dann Anziehungspunkt für mehr als 3.000 Wissenschaftler aus aller Welt sein. Schon heute sind 3.000 Wissenschaftler aus mehr als 50 Ländern an der Konstruktion der FAIR-Beschleuniger und -Experimente beteiligt.
]]>In Experimenten mit dem Lasersystem PHELIX an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt gelang es Wissenschaftlern, mit einem Laser die leichtesten aller Ionen, sogenannte Protonen, zu beschleunigen und sie anschließend in eine konventionelle Beschleunigerstruktur einzukoppeln. Die Kombination aus Laser und Ionenbeschleuniger ist in Europa einmalig und ermöglicht es, besonders kurze Ionenpulse mit hohen Teilchenzahlen zu erzeugen. Sie können in Experimenten beispielsweise in der Plasmaphysik verwendet werden, um das Innere von Planeten und Sternen zu erforschen.
Die Wissenschaftler lenken den intensiven Lichtpuls des PHELIX-Lasers auf eine dünne Metallfolie. Dadurch werden Protonen von der Materialoberfläche geschleudert, die dort als Verunreinigungen in großer Zahl vorhanden sind. Auf einer Strecke von weniger als einem Zehntel Millimeter erreichen die Protonen ungefähr 15 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Das entspricht 44.000 Kilometern pro Sekunde - sie würden in einer Sekunde die Erde umrunden. Die Protonen verlassen die Folie jedoch in einem großen Winkelbereich und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. An den Austrittspunkt schließt sich ein spezieller spulenförmiger Magnet an, der vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf entwickelt wurde, sowie ein 55 Zentimeter langes Stück konventioneller Linearbeschleuniger. Die Kombination der beiden erlaubt es, die Ionenpulse zu bündeln, zu formen und die Geschwindigkeiten der Protonen anzugleichen. Der so präparierte Strahl ist nun nutzbar und kann weitertransportiert und beispielsweise zu einem Experimentierplatz gelenkt werden.
"Die mit dem Laser erzeugten Teilchenpulse zeichnen sich insbesondere durch ihre Kürze und die hohe Teilchenzahl aus", erklärt Simon Busold von der Technischen Universität Darmstadt, der das Experiment im Rahmen seiner Doktorarbeit maßgeblich mit aufbaute und an der Ausführung beteiligt war. "Wir konnten in den drei Wochen Experimentierzeit reproduzierbar Pulse erzeugen, die nur wenige Nanosekunden lang sind und eine Milliarde Protonen enthalten." Pro Puls lassen sich also sehr große Teilchenzahlen erzielen, jedoch ist die Wiederholrate der Pulse nicht sehr hoch. Im Vergleich dazu liefert ein herkömmlicher Beschleuniger weniger Teilchen in einer Nanosekunde, jedoch kann er fast kontinuierlich Strahl abgeben. Beide Techniken sind komplementär und zur Untersuchung unterschiedlicher physikalischer Phänomene sinnvoll.
Die kurzen Pulse sind beispielsweise für die Forscher in der Plasmaphysik von großem Interesse. Schon jetzt erzeugen sie mit der herkömmlichen GSI-Beschleunigertechnik dichte Plasmen durch den Aufprall von schweren Ionen auf eine Materialprobe. Aufgrund der hohen Dichte dringen kaum Informationen aus dem Inneren nach außen. Ein hochintensiver, kurzer Protonenpuls, wie ihn die Laserbeschleunigung erzeugt, könnte das Plasma jedoch durchqueren und Informationen über den Zustand im Inneren liefern. Vergleichbare Plasmen findet man auch in Planeten und Sternen, weshalb die Forscher sich durch die Experimente neue Erkenntnisse über diese Materieform im Weltall versprechen.
"Die Kombination von klassischer Beschleunigertechnologie und Laserbeschleunigung bei GSI ist etwas Einzigartiges", sagt Dr. Abel Blazevic, Leiter der GSI-Abteilung Plasmaphysik-Detektoren. "Das Experiment ist wichtig für das junge Feld der Laserbeschleunigung, das sich noch im Entwicklungsstadium befindet. Wir wollen das System in nächster Zeit ausbauen. Mein Ziel ist es, dass wir irgendwann unseren Laserbeschleuniger anderen Forschern für die Durchführung ihrer Experimente anbieten können."
Für die Zukunft, insbesondere für die Nutzung an der Beschleunigeranlage FAIR, sind weitere Verbesserungen geplant: Langfristig streben die Forscher höhere Energien und Intensitäten sowie andere Ionensorten an. Alternativ zum spulenförmigen Magneten sollen auch Permanentmagnete zur Bündelung des Ionenstrahls untersucht werden. Momentan kann der PHELIX-Laser einmal in 90 Minuten einen Lichtpuls abgeben. Auch eine Erhöhung dieser Wiederholrate ist geplant.
Die Forschungsarbeit erfolgte im Rahmen der LIGHT-Kollaboration (Laser Ion Generation, Handling and Transport). LIGHT wird von der Helmholtz-Gemeinschaft gefördert, Partner sind neben den Initiatoren von der Technischen Universität Darmstadt (Kollaborationssprecher: Professor M. Roth) und von GSI das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, die Goethe-Universität Frankfurt sowie das Helmholtz-Institut Jena.
Die Ergebnisse sind im Fachjournal Phys. Rev. ST Accel. Beams 17, 031302 veröffentlicht.
]]>Eine sehr genau abgemessene Portion Energie wird dem Proton in seiner Falle zugeführt. Hat sie gereicht, um das Magnetfeld des Protons umzupolen? An der Universität Mainz steht eine ausgetüftelte Messapparatur, um das herauszufinden: eine Doppel-Penningfalle. Mit dem etwa 6,5 Zentimeter langen Röhrchen haben die Wissenschaftler nun das magnetische Moment des Protons so genau gemessen wie nie zuvor. „Unsere Messungen ergeben ein magnetisches Moment von 2,792847350(9) in Einheiten des sogenannten Kernmagnetons und sind damit dreimal genauer als der bisherige Wert, der aus der Vermessung mehrerer Protonen, die in Wasserstoffatomen enthalten sind, im Jahr 1972 stammt“, erklärt Dr. Wolfgang Quint, Atomphysiker an der GSI, der das Experiment zusammen mit Wissenschaftlern der Universität Mainz, des Helmholtz-Instituts Mainz und des Max-Planck-Instituts für Kernphysik in Heidelberg aufgebaut hat. „Es hat 42 Jahre gedauert, eine bessere Messmethode zu entwickeln. Die Schwierigkeit liegt darin, dass das magnetische Moment eines einzelnen Protons extrem klein ist.“
Das Magnetfeld, oder auch magnetische Moment, wird vom Eigendrehimpuls, dem Spin, des Protons erzeugt. Um zu berechnen, wie groß das magnetische Moment ist, suchen die Forscher nach der Energiemenge, mit der sich das Umklappen der Magnetpole auslösen lässt. Das genaue Ergebnis ist der Doppel-Penningfallen-Technik zu verdanken. An einer Stelle der Falle erzeugen die Wissenschaftler ein inhomogenes Magnetfeld, um die Richtung des Protonen-Magnetfeldes zu bestimmen. An der anderen Stelle herrscht ein gleichmäßiges Magnetfeld, in dem das Proton festgehalten, sein Spin aber möglichst wenig gestört wird, um die Ergebnisse nicht zu verfälschen. „Dort führen wir systematisch Energiemengen hinzu. Dann transportieren wir das Proton wieder in die inhomogene Messstelle und messen, ob sich der Spin umgedreht hat“, erklärt Quint. Diese Schritte wurden dreizehn Monate am Stück wiederholt, wobei die Energiemenge immer genauer eingestellt wurde. Insgesamt legte das Proton den Weg zwischen den beiden Fallen einige tausend Mal zurück.
Noch dieses Jahr soll an einem identischen Messaufbau am CERN ein Antiproton auf gleiche Weise vermessen werden. Der Vergleich der beiden Werte könnte das Rätsel um das Materie-Antimaterie-Ungleichgewicht im Universum lösen. Unterscheidet sich das magnetische Moment eines Antiprotons von dem eines Protons, könnte das erklären, warum nach dem Urknall fast nur Materie im Universum übrig blieb – letztendlich also, warum sich überhaupt Planeten und Sterne formen konnten.
Neben der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, dem Helmholtz-Institut Mainz, dem Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg und GSI waren außerdem Wissenschaftler der Ulmer Initiative Research Unit am RIKEN in Japan und der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg beteiligt.
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Nur 15 Monate dauerten die Bohrpfahlarbeiten an: Schon frühzeitig hatte der Unternehmer die Bohrpfahltechnik vor Ort verbessert. Mit fünf modernen Drehbohrgeräten – unter anderem den erstmals auf der FAIR-Baustelle eingesetzten und weltweit größten Spezialtiefbaugeräten dieser Art – konnten die Bauunternehmer je einen Bohrpfahl pro Gerät und Tag herstellen.
Auch auf die im Vorfeld erstellten Bodengutachten war während der Bauphase durchgängig Verlass. „Bodengutachten sind eine schwierige Sache, besonders bei den Tiefen, in denen wir arbeiten. Wir haben keine Überraschungen erlebt“, lobt Dr. Florian Hehenberger, Baudirektor bei FAIR, die Arbeit der Gutachter. Zudem konnte die Konstruktion der Bohrpfähle verbessert werden, sodass insgesamt weniger Bohrpfähle gesetzt werden mussten. So konnte dieser Bauabschnitt ein mehr als ein halbes Jahr früher abgeschlossen werden als geplant. „Für uns ist damit ein Meilenstein in diesem Großbauprojekt erreicht“, freut sich Hehenberger.
Die schwere FAIR-Anlage mit teils meterdicken Betonwänden benötigt ein solides Fundament, damit sich ihre Bauwerke möglichst gleichmäßig und in einer kalkulierbaren Zeit setzen können. Um die Setzungen einschätzen zu können, führten Geotechniker im Vorfeld umfangreiche Baugrunduntersuchungen durch. Die 250 dabei entnommenen Bodenproben ergaben, dass der Baugrund hauptsächlich aus Sanden, Schluffen und Ton besteht. Solche Böden sind kompressibel, das heißt, sie verändern ihre Dichte unter großem Druck. Das für FAIR umgesetzte Gründungskonzept, das vorsieht, dass die Bohrpfähle an die späteren Fundamentplatten der Gebäude stoßen, verringert die Setzungen und Setzungsunterschiede der Gebäude um bis zu 50 Prozent. Voraussichtlich werden die Setzungen ein Jahr nach Abschluss der Bauarbeiten im Wesentlichen abgeschlossen sein.
Abschließende Arbeiten für diesen Bauabschnitt stehen jetzt im Fokus: Vor kurzem hat bereits ein Drehbohrgerät per Schwerlasttransport die Baustelle verlassen. In den nächsten Wochen werden die letzten drei Bohrgeräte transportfertig gemacht. Auch der durch die Bohrpfahlarbeiten entstandene Erdaushub wird in der nächsten Zeit abtransportiert.
Das eigens für die Bohrpfahlarbeiten errichtete Betonmischwerk wird ebenfalls abgebaut. Da der Beton vor Ort gemischt wurde, fiel der Transportaufwand geringer aus, da lediglich die Bestandteile angeliefert werden mussten. So konnte der Beton je nach Bedarf immer in der richtigen Menge zum gegebenen Zeitpunkt gemischt und verbaut werden. Auch das Mischwerk wird an anderer Stelle seinen Dienst tun.
Mit dem Rohbau beginnt FAIR im kommenden Jahr. Bis dahin werden noch verschiedene kleinere Arbeiten auf der Baustelle abgeschlossen. Zum Beispiel werden auf dem Baugebiet am nördlichen Baustellenzugang (Prinzenschneise) Containerbüros für die Bauleitung und ein Container mit einem Besucherzentrum entstehen. Zudem müssen Baustelleneinrichtungsflächen fertiggestellt und ein Stück Baustraße auf dem Baufeld ergänzt werden.
Diese Meldung wurde von der Webseite der FAIR GmbH übernommen.
]]>"Laser sind heute ein Universalwerkzeug für die Bearbeitung unterschiedlichster Materialien, von der Automobilindustrie bis zur Medizintechnik", erläutert Dr. Michael Schulz aus dem Class-5-Photonics-Team. "Je kürzer die Laserpulse sind, desto genauer kann man damit arbeiten." Schulz und seine Kollegen Dr. Franz Tavella, Dr. Robert Riedel und Dr. Mark J. Prandolini haben flexible Hochleistungslaser entwickelt, die Pulse im Femtosekundenbereich erzeugen. Eine Femtosekunde entspricht einer billiardstel Sekunde.
"Zudem eröffnen solche kurzen Laserpulse neue innovative Anwendungen, etwa zur 3D-Nanostrukturierung. Auch in der Wissenschaft hat unsere Technologie eine enorme Bedeutung, beispielsweise sind erstmals effiziente Tabletop-Lasersysteme im XUV-Bereich realisierbar", sagt Riedel.
"Unsere Systeme können 10 bis 100 Femtosekunden kurze Pulse bei einer Durchschnittsleistung von einem bis 100 Watt liefern", berichtet Schulz. In 10 Femtosekunden fliegt Licht nur 0,003 Millimeter weit. Das ist gerade einmal ein Zwanzigstel der Dicke eines menschlichen Haares. Für ihre flexiblen Femtosekunden-Hochleistungslaser setzen die Physiker auf eine innovative Technik, die wesentlich kompakter ist als existierende Systeme und derart kurze Pulse bei solchen hohen Leistungen überhaupt erst möglich macht. Der Prototyp des neuen Hochleistungslasers mit einer geplanten Ausgangsleistung von 20 Watt ist nur 80 mal 80 Zentimeter groß.
"Wir spalten zunächst von einem intensiven Ytterbium:YAG-Laserpuls einen kleinen Teil ab", erklärt DESY-Wissenschaftler Schulz das Funktionsprinzip. "Der kleinere Teilpuls wird dann über eine nichtlineare Spektralverbreiterung in einen breitbandigen Laserpuls konvertiert, der größere Teilpuls wird frequenzverdoppelt." Anschließend schießen die Physiker beide Teilpulse zeitgleich in einen nichtlinearen Kristall, in dem der größere Teilpuls nun den kleineren verstärkt.
Dieses Prinzip der optisch-parametrischen Verstärkung kommt ohne ein klassisches Lasermedium aus, in dem üblicherweise erst Energie gespeichert wird, die sich schließlich in einem Laserblitz entlädt. Das macht den neuartigen Hochleistungslaser wesentlich wartungsärmer, wie die Entwickler betonen. So geht bei einem klassischen Titan:Saphir-Laser etwa ein Drittel der eingesetzten Energie als Abwärme verloren, wodurch sich das System stark aufheizen kann. "Durch die optisch-parametrische Verstärkung wird dieses Problem umgangen", betont Schulz, "es findet nur eine sehr geringe Erwärmung statt".
Werden alle Wellenlängen des verstärkten Laserpulses zeitlich überlagert, entsteht ein extrem kurzer und intensiver Laserpuls. Zudem lässt sich das neue System so über einen breiten Wellenlängenbereich durchstimmen, etwa von 700 bis 900 Nanometern. Dadurch kann zur Bearbeitung eines bestimmten Materials jeweils die am besten geeignete Wellenlänge verwendet werden. "Man kann mit dieser Technik ein Turnkey-System bauen, das ein breites Spektrum mit ultrakurzen Pulsen bedient", berichtet Schulz. "Wir wollen unser System zu einer Schlüsseltechnologie im Lasermarkt machen."
"Eine gelungene Innovation und ein toller Erfolg für unser junges Helmholtz-Institut", beglückwünschte auch Professor Thomas Stöhlker, Direktor des Helmholtz-Instituts Jena, die Preisträger. "Innerhalb weniger Jahre ist es uns gelungen, sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Anwendung von Hochleistungslasern vielversprechende Impulse zu setzen."
Mit ihrer Entwicklung belegten die Physiker im Finale der OptecNet Start-up Challenge den ersten Platz. Der Preis ist mit 10 000 Euro dotiert und beinhaltet zudem die kostenlose Mitgliedschaft im HansePhotonik-Netzwerk sowie eine Firmenpräsentation im Branchenblatt "Photonik".
]]>Nach der allgemeinen Genehmigung für die neue Teilchenbeschleunigeranlage FAIR wurden seit 2011 die detaillierten Baupläne der einzelnen Gebäude von den hessischen Behörden geprüft und genehmigt.
Mit der letzten Teilerrichtungsgenehmigung – für das Gebäude des Protonen-Linearbeschleuniger (p-LINAC) – ist seitens der Sicherheit der wesentliche Schritt gemacht, um die Baupläne entsprechend zu aktualisieren und mit dem Rohbau wie geplant 2015 zu beginnen.
Die erste Teilerrichtungsgenehmigung wurde vor zwei Jahren erteilt. Seitdem sind alle Gebäude und Tunnelabschnitte geprüft worden, etwa der 1.100 Meter große Ringbeschleuniger, der Experimentierplatz für Biophysik und Materialforschung oder die Anlage zur Erzeugung neuer Isotope, der Super-Fragmentseparator.
Im Auftrag der FAIR GmbH betreut die Stabsstelle Strahlenschutz der GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung GmbH die Genehmigungsverfahren. Sie überwacht bereits seit 40 Jahren die Sicherheit der GSI-Anlage.
Die rund 4.000 Meter lange, großteils unterirdische Teilchenbeschleunigeranlage FAIR wird auf einer Fläche von 20 Hektar gebaut. Sie wird die rund 400 Meter lange bestehende GSI-Anlage als Vorbeschleuniger nutzen. An FAIR werden 3.000 Wissenschaftler aus mehr als 50 Ländern die Grundbausteine der Materie und die Entwicklung des Universums erforschen. Zu diesem Zweck können an FAIR besonders intensive Präzisionsstrahlen von Antiprotonen und Ionen aller chemischen Elemente erzeugt werden.
]]>Auf der Quark Matter 2014 werden die neuesten Forschungsergebnisse rund um das sogenannte „Quark-Gluon-Plasma“ präsentiert. Diese Ursuppe aus Quarks und Gluonen existierte für extrem kurze Zeit nach dem Urknall. Um sie zu erforschen, versuchen Wissenschaftler die Billionen Grad heiße Materie mit großen Teilchenbeschleunigern herzustellen.
Im Mittelpunkt stehen die Experimente am Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC, USA) des Brookhaven National Laboratory, und am LHC des europäischen Forschungszentrums CERN in Genf. Zukünftig wird Forschung auf diesem Gebiet auch an der neuen Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) stattfinden.
Neben der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und der Technischen Universität Darmstadt sind auch die Universitäten Frankfurt und Heidelberg an der Organisation beteiligt. Highlights der Veranstaltung sind der Student Day, an dem rund 250 Doktoranden bei GSI erwartet werden und der Vortrag des Physik-Nobelpreisträgers im Jahr 2004, Prof. Frank Wilczek vom Massachussetts Institute of Technology. Er spricht am Donnerstag, 22. Mai, über “Quantum Beauty”, also die Schönheit wissenschaftlicher Ideen.
Diese Meldung wurde von der Webseite der FAIR GmbH übernommen.
]]>Zur Erzeugung des Elements 117 beschleunigte ein internationales Forscherteam unter Leitung von Prof. Dr. Christoph Düllmann Atomkerne des Elements Calcium (Element 20) und schoss sie auf Atomkerne des Elements Berkelium (Element 97). Dadurch können zwei Atomkerne der beiden Elemente verschmelzen, sodass ein neuer Atomkern entsteht, der sich aus der Summe der beiden Ausgangselemente ergibt (20+97=117). Isoliert und nachgewiesen wurde das Element 117 mit dem Magnetseparator TASCA (TransActinide Separator and Chemistry Apparatus). Erste Berichte über die Entdeckung des Elements 117 wurden im Jahr 2010 von einer russisch-amerikanischen Kollaboration veröffentlicht, die am Vereinigten Institut für Kernforschung in Dubna nahe Moskau forschte.
Für die Synthese von Element 117 ist spezielles Berkelium-Material nötig, das in einem 18-monatigen Produktionsprozess am Oak Ridge National Laboratory (ORNL), USA per Actiniden-Isotopenproduktion und -separation aufwendig hergestellt wurde. Dies umfasste eine intensive Neutronenbestrahlung am dortigen Hochflussreaktor HIFR und die anschließende chemische Abtrennung und Aufreinigung im Radiochemical Engineering Development Center von ORNL. Ungefähr 13 Milligramm des hochreinen Isotops Berkelium-249, das selbst mit einer Halbwertszeit von nur 330 Tagen zerfällt, kamen dann an die Universität Mainz. Hier wurde das exotische Radioisotop in ein Target umgewandelt, das dem hochintensiven Calciumionenstrahl des GSI-Beschleunigers Stand hält. Die Atome von Element 117 wurden bei GSI im TASCA-Separator von riesigen Mengen anderer Kernreaktionsprodukte abgetrennt und durch die Detektion ihres radioaktiven Zerfalls nachgewiesen. Die gemessenen Alpha-Zerfallsketten produzierten Isotope leichterer Elemente mit den Ordnungszahlen 115 bis 103, deren Nachweis die Beobachtung von Element 117 untermauert.
In den Zerfallsketten wurden ein vorher unbekannter Alpha-Zerfallszweig in Dubnium-270 (Dubnium – Element 105) und das neue Isotop Lawrencium-266 (Lawrencium – Element 103) identifiziert. Mit Halbwertszeiten von etwa einer Stunde und etwa elf Stunden gehören sie zu den langlebigsten heute bekannten superschweren Isotopen. Elemente jenseits der Ordnungszahl 104 werden als superschwere Elemente bezeichnet. In der Natur sind bisher keine superschweren Elemente gefunden worden, sie können aber künstlich hergestellt werden. Die heute bekannten superschweren Elemente zerfallen jedoch sehr schnell. Besonders langlebige superschwere Elemente werden auf einer sogenannten Insel der Stabilität erwartet. „Die erfolgreichen Experimente zu Element 117 sind ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu Produktion und Nachweis von Elementen, die auf der 'Insel der Stabilität' der superschweren Elemente liegenˮ, sagt Prof. Horst Stöcker, Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI.
Da in allen Experimenten zu den superschweren Elementen unerwünschte Nebenprodukte vorhanden sind, wird die zuverlässige Identifikation eines Isotops umso schwieriger, je langlebiger es ist. Für das aktuelle Experiment wurde TASCA wesentlich aufgerüstet, um unerwünschte Reaktionsprodukte besser zu unterdrücken und damit empfindlichere Messungen superschwerer Isotope zu ermöglichen. Die aktuellen Ergebnisse belegen, dass deren zuverlässige Identifikation nun möglich ist. „Da noch langlebigere Isotope in einer Region erhöhter Kernstabilität vorhergesagt werden, ist diese hohe Messempfindlichkeit von größter Wichtigkeitˮ, erklärt Düllmann, der die GSI-Abteilung „Superschwere Elemente / Chemie“ leitet.
Das Experiment an der Beschleunigeranlage in Darmstadt wurde von einem internationalen Forscherteam durchgeführt und von Düllmann geleitet, der auch Professor an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und leitender Wissenschaftler am Helmholtz-Institut Mainz (HIM) ist. Beteiligt waren insgesamt 72 Wissenschaftler, darunter Chemiker, Physiker und Techniker, von 16 Forschungszentren in Australien, Deutschland, Finnland, Großbritannien, Indien, Japan, Norwegen, Polen, Schweden, der Schweiz und den USA. „Das ist ein wichtiges wissenschaftliches Resultat und ein überzeugendes Beispiel für wissenschaftliche Zusammenarbeit, die die Erforschung der superschweren Elemente durch die Verbindung der einmaligen Infrastrukturen an nationalen Forschungszentren in Deutschland und in den USA wesentlich voranbringtˮ, sagte Thom Mason, Direktor von ORNL.
Element 117 hat noch keinen Namen: Ein Komitee aus Mitgliedern der Internationalen Union für Reine und Angewandte Physik und der Internationalen Union für Reine und Angewandte Chemie wird die neuen Ergebnisse zusammen mit den früheren Resultaten begutachten und entscheiden, ob weitere Experimente notwendig sind, bevor die Entdeckung des Elements offiziell anerkannt werden kann. Erst nach dieser Anerkennung können die Entdecker einen Namen vorschlagen.
Infos zu allen bei GSI entdeckten oder nachgewiesenen Elementen
Fachinformationen zum Experiment
Die neuen Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift The Physical Review Letters veröffentlicht worden (J. Khuyagbaatar et al., Phys. Rev. Lett. 112, 172501 (2014)).
Download von "target" – Ausgabe 11, April 2014 (PDF, 4,1 MB)
<link de presse gsi_magazin_target.htm internal-link>Abonnement und target-Archiv
]]>Lange haben Forscher an der Frage getüftelt, aus welchen Stoffen unser Universum besteht. Die Elemente, die in unserem Periodensystem aufgereiht sind, bilden die Himmelskörper, die wir direkt beobachten können. Sie machen jedoch nur etwa fünf Prozent der Gesamtmasse des Weltalls aus, wie sich aus den Bewegungen der Galaxien und Sterne berechnen lässt. Woraus die restliche Masse – dunkle Materie genannt – besteht, war bisher unklar.
Ein spektakulärer Fund bei GSI kann dieses Rätsel endlich entschlüsseln. In einem Experiment am GSI-Detektorsystem HADES entstand bei Teilchenkollisionen überraschend eine große Menge einer unbekannten Substanz, die Forscher nun als dunkle Materie identifizierten. Aufgrund der großen Menge der schwarzen, pulverförmigen Substanz konnten sogar makroskopische Eigenschaften geprüft werden.
Ein haptischer Test ergab, dass die Substanz einen krümeligen, sandartigen Charakter aufweist. Die Substanz gibt des Weiteren ein olfaktorisch deutlich wahrnehmbares und sehr angenehmes Aroma von sich. Die in Folge angestellten chemischen Versuche, wie sich die Substanz bei der Mischung mit der bekannten Materie verhält, zeigten hochinteressante Ergebnisse. Insbesondere die Zugabe von Diwasserstoffmonoxid bei ca. 373 Kelvin lieferte eine besonders außergewöhnliche Flüssigkeit. Das entstandene schwarzbraune Gebräu führte bei der Inkorporation durch freiwillige Testpersonen zu spontaner Munterkeit und guter Laune und einem signifikanten Anstieg der wissenschaftlichen Produktivität. „Ich habe noch nie so etwas Wundervolles getrunken“, erklärt Erwin Schwab, GSI-Forscher und Entdecker der dunklen Materie. „Und nach drei Tassen davon hatte ich die wissenschaftliche Veröffentlichung in nur einer Stunde zusammengeschrieben.“
Die Forscher prüfen nun, wie sich die dunkle Materie in großen Mengen herstellen und wirtschaftlich vermarkten lassen könnte. „Das Potential für die Marktwirtschaft ist einzigartig und quasi unbegrenzt“, erklärte Dr. Jürgen Henschel, der für den GSI-Technologietransfer zuständig ist. „Stellen Sie sich vor, welchen Produktivitätsschub die deutsche Wirtschaft durch die Massenanwendung der Flüssigkeit erleben würde. Die weltweiten Patente sind bereits beantragt.
Um die Experimente mit dunkler Materie zu fördern, verschenken wir GSI-Kaffeetassen! Wer uns bis Samstag, 5. April ein Kaffee-Bild auf die GSI-Facebook-Pinnwand postet oder an uns twittert, bekommt eine GSI-Kaffeetasse per Post.
]]>Interessierte Schülerinnen und Schüler ab Klasse 11 werten bei GSI Daten des ALICE-Experiments aus. Nach einer Einführung in die Teilchenphysik und die Forschung an einem Teilchenbeschleuniger wie dem LHC, besichtigen die Teilnehmer die GSI-Forschungsanlage. Danach analysieren sie eigenhändig unter fachgerechter Anleitung von Wissenschaftlern mit den Auswerteprogrammen von ALICE aktuelle Daten, die in Proton-Proton-Kollisionen und in Kollisionen von Blei-Atomkernen aufgenommen wurden. „Die Schülerinnen und Schüler vollziehen selbst nach, wie eine wissenschaftliche Entdeckung zustande kommt“, sagt Ralf Averbeck, ALICE-Wissenschaftler bei GSI und Organisator der GSI-Masterclass. „So hautnah an der Wissenschaft ist man sonst selten.“ Zum 4. Mal findet bei GSI die International Masterclass statt. Dieses Jahr werden 28 Schülerinnen und Schüler erwartet.
Grundidee des Programms ist, dass die Schüler weitgehend selbst wie ein Forscher arbeiten. Dazu gehört auch die Videokonferenz zum Abschluss des Tages. In einer Konferenzschaltung mit Schülergruppen aus anderen Ländern und dem CERN oder Fermilab (Batavia, Illinois, USA) präsentieren und diskutieren die Jugendlichen ihre Messergebnisse – genau so wie dies auch die Forscher in ihren internationalen Kollaborationen tun. So erhalten die Schüler authentische Eindrücke vom Forschungsalltag in der Teilchenphysik.
200 Universitäten und Forschungsinstitute in 40 Ländern nehmen an den International Masterclasses teil. Neu dabei sind in diesem Jahr die Länder Chile, Jamaika, Ecuador und Mexiko. Veranstalter ist die International Particle Physics Outreach Group (IPPOG), die rund 10.000 Teilnehmer erwartet. Alle Veranstaltungen finden statt in Zusammenarbeit mit Netzwerk Teilchenwelt, dem bundesweiten Netzwerk zur Vermittlung von Teilchenphysik an Jugendliche und Lehrkräfte. Die Projektleitung der International Masterclasses ist an der TU Dresden angesiedelt. Veranstalter ist IPPOG, die International Particle Physics Outreach Group, ein eigenständiges Komitee aus Vertretern der am CERN forschenden Länder sowie von CERN und DESY. Ziel der Gruppe ist es, die Teilchenphysik einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen.
Für den Girls’Day öffnet heute das Targetlabor seine Türen und auch in der Ionenquellen-Werkstatt und der Kryogenik-Abteilung können die Girls’Day-Teilnehmerinnen mitarbeiten. In der Abteilung Beschleunigerelektronik führen sie Blechbiegearbeiten durch und löten Elektronikteile, wie sie für den Beschleuniger benötigt werden. In der IT-Abteilung werfen die Mädchen einen Blick hinter die Kulissen der GSI-Webseite, wohingegen sie am SHIP-Experiment erfahren, wie neue Elemente gemacht werden. Selbst experimentieren und Fragen stellen lautet die Devise!
Während der ganzen Zeit stehen Forscherinnen, Technikerinnen, Mechanikerinnen und weitere Mitarbeiterinnen von GSI den Zehn- bis 15-jährigen Rede und Antwort und geben Einblick in ihre Arbeit. Weitere berufliche Möglichkeiten an einem Forschungszentrum wie GSI lernen die jungen Besucherinnen beim abschließenden Rundgang durch die Beschleunigeranlage kennen.
Der GSI-Girls’Day wird vom Gleichstellungsgremium organisiert. Das Ziel des Girls'Days ist es, Mädchen bereits früh an technische Berufe heranzuführen, um ihnen ein breiteres Spektrum bei der Berufswahl aufzuzeigen.
"Die Abteilungen haben sehr gute Arbeit beim Umbau geleistet", bedankte sich Projektleiter Frank Herfurth auf dem Richtfest. "Wir sind zuversichtlich, dass es so weitergehen wird und wir bald die Ringkomponenten einbauen können." Für den Umbau wurden etwa 2 000 Tonnen Beton bewegt. Der Experimentierbereich wurde auf eine Grundfläche von ca. 600 Quadratmetern erweitert. Bevor der Ring montiert werden kann, müssen noch die Elektroinstallationen und weitere Infrastruktureinrichtungen komplettiert werden. Auf das Dach des Bereichs wird beispielsweise ein zusätzlicher Boden gesetzt, um die Netzgeräte für die Stromversorgung aufzustellen.
Der so genannte CRYRING ist ein Beitrag Schwedens zu FAIR, der im Jahr 2013 aus dem Manne-Siegbahn-Labor in Stockholm zu GSI transportiert wurde. Er hat einen Durchmesser von 18 Metern und wird in Kooperation mit GSI zunächst für Experimente und Maschinentests an der bestehenden GSI-Beschleunigeranlage aufgebaut. An ihm kann u. a. das neue Beschleunigerkontrollsystem für FAIR getestet werden. Es ist geplant ihn langfristig für die atomphysikalische Forschung mit langsamen Antiprotonen an FAIR einzusetzen.
]]>Dr. Fabio Farinon wurde für die Entdeckung von 60 neutronenreichen Kernen und neuen Lebensdauermessungen von Alpha-Emittern im neutralen und wasserstoffähnlichen Zustand ausgezeichnet. Die Messungen wurden am Fragmentseparator FRS der GSI in Kombination mit dem Speicherring ESR durchgeführt. Um interessante exotische Kerne untersuchen zu können, müssen diese zunächst in Reaktionen erzeugt werden. Durch geeignete Separationsverfahren werden sie vom Primärstrahl und dem großen Untergrund an uninteressanten Reaktionsprodukten getrennt und identifiziert. Farinon hat dazu im Rahmen seiner Doktorarbeit neue, wertvolle experimentelle Beiträge mit seinem aufgebauten Isomeren-Tagger geleistet. Mit diesem Aufbau wurde die Identifizierung auch der seltensten Nuklide eindeutig ermöglicht. Neben dem Nachweis der neuen Nuklide wurden auch die Produktionsquerschnitte gemessen und damit ein neues Forschungsfeld für diese Kerne mit astrophysikalischer Relevanz in der Nähe des r-Prozesses eröffnet.
Dr. Robert Wolf hat die ersten Massenmessungen von kurzlebigen exotischen Kernen mit einem Multi-Reflexion-Flugzeit-Massenspektrometer (MR-ToF-MS) am Separator ISOLDE am CERN erfolgreich durchgeführt und dabei neue Kernstrukturinformationen für Calcium- und Zink-Nuklide erhalten. Die Resultate geben klare Richtungen für die Genauigkeit der verschiedenen Vorhersagen der theoretischen Modelle in diesem Bereich. Das MR-ToF-MS ist ein vielseitiges Forschungsgerät, das Wolf erfolgreich zur notwendigen Isobarenseparation für das angekoppelte Penningfallensystem ISOLTRAP eingesetzt und damit die Voraussetzungen für neue Messungen geschaffen hat. Da die Messzeit des MR-ToF-MS im Millisekundenbereich liegt, konnten mit diesem Gerät auch die Massen von sehr kurzlebigen Nukliden bestimmt werden, die mit dem Penningfallensystem nicht mehr zugänglich sind. Die genaue Massenbestimmung von 82Zn-Ionen lieferte eine neue Einsicht in den Aufbau von Neutronensternen, im Besonderen der Elementeverteilung in den äußeren Schichten.
GENCO-Präsident Professor Gottfried Münzenberg (GSI) und Professor Juha Äystö (Helsinki Institute of Physics) leiteten die Veranstaltung, die mit dem Vortrag des Festredners Herrn Professor Ryugo Hayano (University of Tokyo) über die Pionierexperimente mit exotischen Atomen begann.
In der Festveranstaltung wurde traditionsgemäß der Kreis der GENCO-Mitglieder mit weltbekannten, verdienten Forschern erweitert. In dieser Feierstunde erhielten die neuen Mitglieder Professor Dr. R. Hayano und Professor Dr. A. Heinz ihre Ernennungsurkunden.
]]>Der Preis wird jährlich von der DGMS für hervorragende Arbeiten auf dem Gebiet der Massenspektrometrie verliehen und ist von der Firma Thermo Fischer Scientific in Bremen gestiftet. Er ist nach Josef Mattauch und Richard Herzog benannt, die wesentliche Grundlagen der massenspektroskopischen Ionenoptik erarbeiteten und 1934 ein neuartiges Massenspektrometer vorgestellt haben, dessen Ionenoptik unter dem Namen Mattauch-Herzog-System weltweit bekannt wurde.
]]>Ein Atomkern kann sich auf verschiedenen Energieniveaus befinden. Bei den meisten gibt es einen stabilen Grundzustand, den der Kern vorzugsweise einnimmt. Durch die Zuführung von Energie von außen kann man den Kern "aus der Ruhe bringen" und auf einen angeregten Zustand anheben. Diese Zustände sind in der Regel instabil, denn der Kern möchte die überschüssige Energie wieder loswerden und zerfällt unter Aussendung von Licht in seinen Grundzustand. Manche Kerne haben jedoch so genannte metastabile Zustände. Man kann sie auf ein höheres Energieniveau anheben, auf dem sie eine lange Zeit verweilen ohne zu zerfallen. Auf diese Weise könnte man in ihnen Energie speichern, ähnlich wie in einer Batterie.
Aber wie bekommt man die Energie in diese "Kernbatterie" hinein, und wie holt man sie wieder heraus? "Die Zuführung von Energie könnte ein Beschleuniger leisten", erläutert Dr. Yuri Litvinov, der das Phänomen an der GSI-Beschleunigeranlage untersucht. "Bestrahlt man beispielsweise das Metall Niob mit Protonen, beispielsweise aus dem GSI-Beschleuniger UNILAC, kann sich der Niob-Kern ein Proton einfangen und sich zu Molybdän umwandeln." Viele Molybdän-Kerne befinden sich in einem angeregten metastabilen Zustand – die Batterie ist aufgeladen. Den Sprung in den Grundzustand unter Abgabe der Energie erreicht man nun durch die Einstrahlung von intensivem Röntgenlicht, beispielsweise von einem Röntgen-Freie-Elektronen-Laser. Die Röntgenstrahlung hebt die Energie des Kerns weiter an auf ein geringfügig höheres Niveau, das instabil ist. Der Kern zerfällt quasi sofort in den Grundzustand und gibt die gesamte zugeführte Energie in Form von Licht ab – die Batterie ist wieder entladen.
Doch diese zweite Anregung des Kerns durch das Röntgenlicht ist sehr unwahrscheinlich. Denn durch Bestrahlung mit dem Röntgenlicht tritt ein Nebeneffekt ein: anstatt die Atomkerne anzuregen, ionisiert es die Atome, das heißt, es reißt ihnen die Elektronen aus der Hülle. In einer Materialprobe wie dem angeregten Molybdän führt dies zur Bildung eines Plasmas von ungebundenen Elektronen. Litvinov und seine Kollegen um Projektleiterin Adriana Pálffy vom Max-Planck-Institut für Kernphysik haben nun ausgerechnet, dass dieser Nebeneffekt sehr nützlich sein könnte. "Die Atomkerne fangen ihre Elektronen wieder ein", erklärt Litvinov. "Dabei geben die Elektronen ihre überflüssige Energie in Form von Licht ab. Wenn diese Energie genau zu der Anregungsenergie passt, mit der man den Atomkern auf den instabilen Zustand anheben kann, dann kann eine direkte Energieübertragung an den Atomkern gelingen." Das kann der Auslöser für den Entladungsvorgang sein. Die Rechnungen zeigen, dass der Effekt sogar dominant sein könnte. Das bedeutet, er tritt häufiger auf als die direkte Anregung des Kerns durch das Röntgenlicht.
In Experimenten möchten die Wissenschaftler die berechneten Ergebnisse nun überprüfen. "Nach diesem Phänomen suchen wir an der GSI-Anlage, aber konnten es noch nicht beobachten", sagt Litvinov. "Wir planen Experimente mit unserem GSI-Speicherring und dem PHELIX-Lasersystem Wenn wir die Physik besser verstanden haben, könnte es in der Zukunft vielleicht sogar möglich werden, echte Batterien für unseren Alltag mit dieser Technik zu bauen."
"Am Röntgen-Freie-Elektronen-Laser XFEL, der gerade in Hamburg gebaut wird, könnten wir mehr über Kernanregung mit Elektronen und Photonen in dichten Plasmen erfahren“, sagt Pálffy. "Wir sind leider noch weit weg von der Kernbatterie der Zukunft, aber unsere Ergebnisse zeigen, dass auch positive, in unserem Fall verstärkende Überraschungen auftreten können. Die Physik der metastabilen Kernzuständen bleibt spannend."
]]>Zur Massenmessung des Elektrons nutzen die Forscher eine Penning-Falle an der Universität Mainz, in der sich geladene Teilchen in einem Magnetfeld einfangen lassen. Die Teilchen kreisen im Magnetfeld der Falle, anhand ihrer Umlauffrequenz lässt sich die Masse bestimmen. Ein einzelnes Elektron direkt zu messen, ist jedoch schwierig und mit einer großen Messunsicherheit behaftet. Daher bedienen sich die Forscher eines Tricks: Sie koppeln das Elektron einfach an einen Kohlenstoff-Atomkern, dessen Verhalten im Magnetfeld der Falle genau bekannt ist.
Während die Umlauffrequenz des gebundenen Elektrons in der Falle nun keine Rolle mehr spielt, tritt ein anderer Effekt in den Vordergrund. Diesen Effekt kennen wir aus dem Kinderzimmer: Ein Spielzeugkreisel hat eine Eigenrotation um seine eigene Achse, zusätzlich kann man aber beobachten, wie er bei einer Krafteinwirkung von außen eine Schräglage einnimmt und als ganzes um eine nicht sichtbare Mittelachse rotiert. Dieses Verhalten nennt man Präzession. Die Eigenrotation des Elektrons, auch Spin genannt, präzediert in der Falle genau wie der Kreisel. Aus der Messung der Frequenz der Präzession lässt sich indirekt die Elektronenmasse bestimmen.
Der gemessene Wert der Experimente liegt für die Masse des Elektrons bei 0,000548579909067(14)(9)(2) u. Die Einheit u ist die atomare Masseneinheit. In Klammern sind die Fehler angegeben, mit denen die Messung trotz ihrer Genauigkeit noch behaftet ist. Mit diesem Ergebnis konnten die Forscher die Präzision früher erfolgter Messungen um einen Faktor 13 übertreffen. "Im Moment bauen wir eine noch größere Falle, um die Messfehler weiter zu reduzieren", berichtet Dr. Wolfgang Quint aus der GSI-Atomphysik, der das Experiment in Mainz mit aufgebaut hat. "Zur Überprüfung der Quantenelektrodynamik planen wir auch weitere Experimente an schweren, hochgeladenen Ionen mit der GSI-Falle HITRAP."
Exakte Messungen der Elektronenmasse spielen eine wichtige Rolle bei der Überprüfung des Standardmodells der Elementarteilchen und ihrer Wechselwirkungen. Beispielsweise bestimmt der Wert die Struktur und die Eigenschaften von Atomen und Molekülen und geht in die Bestimmung der Feinstrukturkonstante und in Tests der Quantenelektrodynamik ein. Das Experiment ist eine Kooperation des Max-Planck-Instituts für Kernphysik und der International Max Planck Research School für Quantendynamik in Heidelberg, der Johannes-Gutenberg-Universität in Mainz, des ExtreMe Matter Institutes EMMI und der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH.
Die Veröffentlichung in der wissenschaftlichen Publikation "Nature"
]]>In dem heute angelaufenen Experiment untersuchen Wissenschaftler in Zusammenarbeit mit der European Space Agency, ESA, die Wirkung kosmischer Strahlung auf Zellen sowie die Abschirmeigenschaften verschiedener Materialien. Dies ist entscheidend für die bemannte Raumfahrt, denn Astronauten sind auf Weltraumflügen permanent kosmischer Strahlung ausgesetzt. Mit der GSI-Beschleunigeranlage können Ionenstrahlen genau so erzeugt werden, wie sie im Weltraum auftreten. Somit können die Wissenschaftler ihre Wirkung im Labor erforschen und entsprechende Vorkehrungen für die Raumfahrt entwickeln.
Geplant ist den Ringbeschleuniger bis Mitte Mai ununterbrochen, das heißt 24 Stunden am Tag, laufen zu lassen. Dies werden Wissenschaftler für etliche weitere Experimente in unterschiedlichen Forschungsgebieten wie zum Beispiel in der Kernphysik, Atomphysik, Materialforschung und Biophysik nutzen.
Wesentliche Neuerung beim Umbau war der Einbau einer neuen Beschleunigungsstrecke. Der Ringbeschleuniger SIS verfügt nun über drei statt bisher zwei Beschleunigungsstrecken. Auch in den kommenden Jahren werden weitere Umbaumaßnahmen stattfinden, bei denen zwei weitere Beschleunigungsstrecken eingebaut werden. Mit dann insgesamt fünf Beschleunigungsstrecken wird das SIS die Leistungsfähigkeit haben, Elemente aller Art zu beschleunigen und in die FAIR-Beschleunigeranlage einzuschießen.
]]>Der Name p-Linac steht für "Proton Linear Accelerator" – Protonen-Linearbeschleuniger. Er dient zur Beschleunigung von Wasserstoff-Ionen, auch Protonen genannt, und nutzt dafür elektrische Felder im Hochfrequenzbereich. Ein Oszillator erzeugt die Hochfrequenz von 325 Megahertz, die anschließend in dem neuen Klystron verstärkt und dann in die Beschleunigerstruktur eingespeist wird. Im Inneren der Struktur bringen die Hochfrequenzfelder die Protonen auf Geschwindigkeit.
Gebaut wurde das Klystron von der französischen Firma Thales in Vélizy bei Paris. Es ist 5,2 Meter lang, 4,2 Tonnen schwer und liefert eine Leistung von bis zu drei Megawatt. Die Beschleunigungsstruktur haben Forscher der Goethe-Universität Frankfurt entworfen und hergestellt. Zurzeit wird sie in der GSI-Galvanik noch mit einer Schicht aus Kupfer überzogen, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern. Danach können beide Geräte, kombiniert mit für den Betrieb notwendigen weiteren Komponenten wie beispielsweise einem speziellen Hochspannungsnetzgerät mit 110 000 Volt für die Stromversorgung, am Teststand bei GSI ihren ersten Dienst aufnehmen. Hier werden die Komponenten in den kommenden Monaten auf Herz und Nieren geprüft und für den Einbau in die FAIR-Anlage vorbereitet. Für die weiteren sechs der insgesamt sieben Module, aus denen der p-Linac bestehen wird, laufen die Ausschreibungsverfahren.
Die am p-Linac vorbeschleunigten Protonen sollen zuerst vom GSI-Ringbeschleuniger und anschließend vom geplanten FAIR-Beschleuniger SIS100 weiterbeschleunigt werden. Danach prallen sie mit hoher Geschwindigkeit auf ein Produktionstarget für Antimaterie. Dabei entstehen Antiprotonen, die Antimaterie-Partnerteilchen der Protonen, in großer Zahl. Die Forscher wollen sie in einem Speicherring sammeln und anschließend in Experimenten verwenden. Unter anderem möchten sie mithilfe der Antimaterie verstehen, wie die Materieteilchen, aus denen unsere Welt aufgebaut ist, zu ihrer Masse kommen.
]]>Mit einem Übergangsstrahlungsdetektor lässt sich die Identität von Teilchen bestimmen, die bei einem Teilchenbeschleuniger-Experiment entstehen. Das Münsteraner Institut für Kernphysik erforscht, ob statt der üblichen Folien auch in Schaumkunststoffen genug Übergangsstrahlung in Form von Röntgenphotonen entsteht. Sie schießen geladene Teilchen (Elektronen) mit hochrelativistischer Geschwindigkeit durch einen Block Polyethylenschaum von geringer Dichte. Sind die Elektronen hinreichend schnell, entsteht an den Grenzflächen im Schaum Röntgenstrahlung. Deren Eigenschaften werden durch die Struktur des Schaums bestimmt.
Das Ergebnis: Schaumfolienradiatoren sind genauso effektiv wie klassische Folienradiatoren. Sie sind aber mechanisch stabiler und günstiger in der Beschaffung. Im Übergangsstrahlungsdetektor am zukünftigen CBM-Experiment bei FAIR in Darmstadt könnte also ein Schaumfolienradiator zum Einsatz kommen. Der Fachverband Schaumkunststoffe und Polyurethane (FSK) verlieh jetzt den mit 3 000 Euro dotierten “Innovationspreis Schaumkunststoffe 2013” in der Kategorie “Forschung und Entwicklung” an den Doktoranden Cyrano Bergmann für das Projekt "Erzeugung von Übergangsstrahlung in Schaumkunststoffen".
Bei der Strahlentherapie gilt es, nur auf den Tumor zu zielen und das gesunde Gewebe auszusparen. Genauso wichtig ist es, die eingestrahlte Dosis im Tumor so homogen zu verteilen, dass alle Stellen gleich stark bestrahlt werden. Denn bestrahlt man einen Teil des Tumors doppelt und dafür einen anderen gar nicht, wird der Tumor an dieser Stelle nicht zerstört und wächst weiter.
Die Bewegung des Tumors während der Atmung wird überwacht und der Strahl wird in Echtzeit mitgeführt, so dass er den Tumor immer an der richtigen Stelle trifft. Aufgrund der Komplexität der Aufgabe, sowohl beim Erfassen der Bewegung des Patienten als auch bei der Steuerung des Beschleunigers, ist diese Technik die größte Herausforderung. Sie erlaubt aber auch die schnellste und genauste Behandlung.
Insbesondere die Tumortherapie mit Ionenstrahlen kann nur funktionieren, wenn die Bestrahlung gleichmäßig ist. Bei der bereits etablierten Technik, die in der GSI-Biophysik entwickelt wurde, teilt man den Tumor in Schichten ein und kann mit dem Strahl Punkt für Punkt die Schichten abtasten (scannen). Jeder millimetergroße Punkt des Tumors erhält die gleiche Dosis. Erfolgreich angewandt wurde die Technik bei Tumoren, die man immobilisieren kann. Den Kopf eines Patienten kann man beispielsweise durch eine Maske fixieren und dann einen Hirntumor zielgenau anvisieren.
Eine vergleichbare Lösung für sich bewegende Tumoren ist das Ziel der Medizinphysiker bei GSI. Sie untersuchen verschiedene Techniken, die das erlauben könnten (siehe Infobox). An einer neuen Methode zur Bewegungskompensation arbeitet Dr. Christian Graeff, der die "Medizinische Physik" innerhalb der GSI-Biophysik leitet. "Bisher wurde anhand einer Computertomographie einmal ein Punkteraster für das Abtasten des sich bewegenden Tumors erstellt. Diese Daten wurden dann auf die verschiedenen Bewegungsphasen umgerechnet", erläutert er. "Dabei fehlen aber Daten über die Verdrehung und das Kippen des Tumors durch die Bewegung. Erstellt man stattdessen für jede Bewegungsphase des Tumors ein eigenes Punkteraster, kann die Bestrahlung optimiert werden.
"Wiederholtes Abtasten" - Der Tumor wird mehrfach mit geringen Dosen in verschiedenen Bewegungsphasen bestrahlt. Dabei sollen sich "Hot Spots" und nicht bestrahlte Stellen gegenseitig zu einer homogenen Dosis wegmitteln. Funktioniert dies aber nicht perfekt, könnten nicht bestrahlte Stellen zurückbleiben und der Tumor würde weiterwachsen.
Nötig dafür ist eine vierdimensionale Computertomographie. Die vierte Dimension neben den drei Raumrichtungen ist die Zeit. Die Atembewegung wird in eine Serie von Bildern unterteilt, für jeden Moment wird ein Punkteraster für die Bestrahlung erstellt. Bei der Bestrahlung weiß das Kontrollsystem im Computer, in welcher Phase sich die Atmung gerade befindet und stellt den Beschleuniger so ein, dass die Ionen das passende Punktraster bestrahlen. Den Beweis, dass die Methode funktioniert, haben die Forscher anhand eines Experiments mit dem GSI-Beschleuniger erbracht. Sie haben einen Filmstreifen bestrahlt, der sich auf einem Schlitten hin und her bewegt hat. Das System kompensierte die Bewegung und im Ergebnis war die Dosisverteilung vergleichbar homogen wie wenn der Streifen stillgestanden hätte.
"Ausblenden" - Die Position des Tumors in einer bestimmten Bewegungsphase, beispielsweise am kurzen Ruhemoment nach dem Ausatmen, wird bestimmt. Nur in diesem Moment wird bestrahlt. Das Gating ist technisch leichter zu realisieren, jedoch dauert die Behandlung länger. Atmet der Patient unregelmäßig oder zu flach, lässt sich der Moment der Bestrahlung nicht mehr eindeutig bestimmen.
Dass Patienten bei einer Behandlung wirklich von der Methode profitieren können, hat Graeff anhand von Tomographiedaten von Lungenkrebspatienten gezeigt. Für die Patienten wurde ein Therapieplan sowohl mit herkömmlicher Technik als auch mit Graeffs 4D-Optimierung erstellt. "Die Rechnungen zeigen, dass der optimierte Plan überlegen ist und eine bessere Behandlung des Patienten ermöglichen würde", sagt Graeff. "Wir hoffen, dass wir in Zukunft damit nicht nur experimentieren, sondern die Technik wirklich den Patienten zur Verfügung stellen können."
Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift "Radiotherapy and Oncology" veröffentlicht.
]]>Insgesamt sind für den SIS300-Beschleuniger 60 solcher Magnete nötig. Der Prototyp ist fünf Meter lang und wiegt sechs Tonnen. Er hat einen besonders geringen Krümmungsradius von 66,7 Metern und ein Magnetfeld von 4,5 Tesla. Auf seine Betriebstemperatur von 4,7 Kelvin (das sind minus 268,5 Grad Celsius) wird der Magnet mit flüssigem Helium abkühlt. Für den Magnet haben die Forscher einen speziellen neuen Supraleiter entwickelt: Eine Kupfer-Mangan-Legierung zwischen den Filamenten des Supraleiters verhindert eine Kopplung der Filamente und reduziert unerwünschte Wechselstromverluste. Die Innovationen führen zu einer deutlich verbesserten Ramprate, die um einem Faktor 50 höher als bei bisher verwendeten Magneten ist.
In den kommenden Monaten wird der Magnet bei GSI weiteren Tests unterzogen. Neben der magnetischen Vermessung stehen dabei die maximal möglichen Rampraten und die Wechselstromverluste während des Rampens im Vordergrund. Eine weitere Generation Dipole wird derzeit in Kooperation mit dem INFN und dem europäischen Kernforschungszentrum CERN in Italien entwickelt.
Der Beschleuniger SIS300 ist in der zweiten Stufe der für den Bau vorgesehenen modularisierten Startversion von FAIR enthalten und soll insbesondere für den effizienten Parallelbetrieb mehrerer Anlagenteile und für die weitere Erhöhung der Strahlenergie, beispielsweise für Experimente am Messaufbau zur Untersuchung komprimierter Kernmaterie CBM, genutzt werden.
]]>Bei seiner Inbetriebnahme Ende 2012 belegte SANAM in der weltweiten Rangliste der energiesparendsten Rechner Rang zwei, bei der Rechengeschwindigkeit lag er immerhin auf Rang 52. Der arabische Name „SANAM“ drückt Leistung und Effizienz aus und bezeichnete in seiner ursprünglichen Bedeutung den Kamelhöcker, in dem Fett gespeichert wird, das ausreicht um dem Kamel zwei Wochen das Überleben zu sichern.
Mit einer gesamten Rechenleistung von 532 Billionen Rechenoperationen pro Sekunde gehört „SANAM“ auch nach über einem Jahr noch zu den 100 schnellsten Computern der Welt (Platz 59), in derEnergieeffizienz liegt er mittlerweile auf Rang 11. Im Nahen Osten hält er die Spitzen-Position. „SANAM“ wird am KACST für Berechnungen in Seismik, Luftfahrt, Bioinformatik, Wetterforschung und Simulationen eingesetzt. Die Entwicklung von SANAM hat etwa drei Millionen Euro gekostet.
„SANAM“ ist eine Weiterentwicklung des Frankfurter Höchstleistungsrechners LOEWE-CSC, der bei seiner Inbetriebnahme vor drei Jahren der energiesparendste Großrechner Europas war. Er benutzt ein spezielles Kühlsystem und verwendet als Beschleuniger handelsübliche Hochleistungs-Grafikkarten, wie sie auch in Arbeitsplatzcomputern eingesetzt werden. Bei der Rechengeschwindigkeit ist „SANAM“ etwa 40 Prozent schneller als LOEWE-CSC und verbraucht dennoch pro Rechenoperation nur ein Drittel der Energie. Erreicht wurde dieser Fortschritt durch die Verwendung zusätzlicher Hochgeschwindigkeits-Grafikchips und speziell optimierte Systemsoftware.
Der Stiftungsratsvorsitzende des FIAS, Prof. Rudolf Steinberg, beglückwünschte die Partner aus Saudi-Arabien zu ihrer Entscheidung, in die Naturwissenschaften zu investieren: „In diesen Feldern liegen die Lösungen, die über unser aller Zukunft entscheiden werden. Mit der transdiziplinären Forschung am FIAS wollen wir einen Beitrag leisten, um das vernetzte Denken voranzubringen. Dazu gehört auch, der Forschung die besten Werkzeuge bereit zu stellen, ganz zentral schnellste Computer.“
Der FIAS-Vorstandsvorsitzende und Professor für Architektur von Hochleistungsrechner an der Goethe-Universität Frankfurt, Professor Volker Lindenstruth, sagte: „Die moderne Forschung ist entscheidend auf immer schnellere Supercomputer angewiesen. Sie können in Zukunft aber nur sinnvoll eingesetzt werden, wenn Energieeffizienz ein entscheidendes Kriterium ist. Wir freuen uns, dass wir in Zusammenarbeit mit einem ambitionierten Forschungsland neue Technologien für eine immer bessere Energieeffizienz entwickeln können und dabei neue Maßstäbe setzen."
Das King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) ist eine unabhängige Forschungsorganisation, die administrativ direkt dem König von Saudi-Arabien unterstellt ist. KACST ist für die Forschungsförderung und -organisation in Saudi-Arabien verantwortlich und betreibt nationale Forschungslabors. In der Forschungsorganisation entwickelt KACST Forschungspolitik, betreibt Datensammlung, fördert externe Forschung und bietet Servicefunktionen, wie etwa das Patentbüro.
Das Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) ist eine interdisziplinäre Forschungsinstitution zur theoretischen Erforschung von komplexen Strukturen in der Natur, die von der Goethe-Universität Frankfurt gestiftet wurde und von öffentlichen Geldgebern, Stiftungen und Privatpersonen finanziert wird. Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen neben der Informatik Grundlagenforschung in Biowissenschaften, Hirnforschung, Chemie und Physik.
Prof. Dr. Volker Lindenstruth
Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS)
Ruth-Moufang-Str. 1
60438 Frankfurt am Main, Germany
Tel. +49 69-798 44 100
Fax +49 69-798 44 109
E-Mail: voli(at)compeng.de
fias.uni-frankfurt.de
Reiner Korbmann
Tel. +49 89 64 21 750
E-Mail: reiner.korbmann(at)scienceundmedia.de
Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In der Regel einmal pro Monat findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt.
Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab – nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von sowohl GSI-internen wie auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Die Vorträge finden im Hörsaal der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Beginn ist jeweils um 14 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie auf unserer Webseite www-dev.gsi.de/wfa
Dbessyi ist einer von 20 frisch promovierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die bei ihrem Einstieg in die Postdoc-Phase von der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt werden. Dbessyi wechselt für sein Forschungsprojekt von der Université Paris Sud 11 an das Helmholtz-Institut Mainz (HIM), einer gemeinsamen Einrichtung der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz.
Am HIM wird der gebürtige Libanese theoretische und praktische Möglichkeiten ausloten, um mit dem Panda-Experiment elektromagnetische Prozesse bei Kernreaktionen zu untersuchen. Unter anderem nutzt er dazu Daten des chinesischen Detektors BES-III und plant ein spezielles Target und ein besonderes Kalibrierungssystem für das Panda-Experiment.
Das Startkapital soll den Nachwuchsforschern, laut Pressemitteilung der Helmholtz-Gemeinschaft, dabei helfen, sich in ihrem Forschungsgebiet zu etablieren und so ihre wissenschaftlichen Kompetenzen effektiv auszubauen. Die nächste Ausschreibung für das Postdoktoranden-Programm erfolgt im Frühjahr 2014.
12.02.2013 | Renate Märtin erhält Forschungsförderung
]]>Der Klaus Tschira Preis KlarText! wird jedes Jahr an Doktorandinnen und Doktoranden verliehen, die einen allgemein verständlichen Artikel darüber verfassen, was sie in ihrer Doktorarbeit erforscht haben, was sie daran fasziniert oder welche Hindernisse dabei im Weg standen. Teilnehmen können alle, die ihre Promotion in der Biologie, Chemie, Informatik, Mathematik, Neurowissenschaften oder Physik abgeschlossen haben. Pro Fachgebiet winken 5 000 Euro Preisgeld von der Klaus Tschira Stiftung, ein eintägiger „Workshop Wissenschaftskommunikation“ in der Heidelberger Villa Bosch und eine Veröffentlichung in “bild der wissenschaft“.
Die Öffentlichkeitsarbeit von GSI unterstützt euch gerne bei eurer Bewerbung.
Film-Clips auf YouTube:
Bald auf YouTube:
Dieses Film-Projekt wurde vom Beilstein-Institut initiiert. Die Stiftung betreibt unter anderem ein TV-Portal, auf dem Filme von Wissenschaftlern für Wissenschaftler gezeigt werden. In Kooperation mit GSI entstanden die sechs Filme, die auch für die breite Öffentlichkeit verständlich sein sollen. Kleinste Teilchen und Magnetfelder, die bei GSI eine große Rolle spielen, hat Ilka Brosch mit ihren Zeichnungen sichtbar gemacht.
Das neuartige Green-IT-Cube-Rechenzentrum wird von Bund und Land über die Helmholtz Gemeinschaft finanziert. Es wird nach Fertigstellung 2015 die zentrale Höchstleistungsrechner-Kapazität für die aus über 40 Staaten kommende internationale Forschergemeinschaft des weltweit größten Grundlagen-Forschungsprojekts dieses Jahrzehnts, der mit/neben der GSI entstehenden internationalen "Facility for Antiproton and Ion Research FAIR in Europe", zur Verfügung stellen.
Die Kategorie Data Center Blueprints gilt als Königsdisziplin der renommierten Awards, die Projekte sollen allgemeinen Referenzcharakter haben und replizierbar sein.
Prämiert wurden das kompakte, Grundfläche sparende Design, die hohe Effizienz im Betrieb (OPEX) und die niedrigen Investitionskosten (CAPEX) des neuartigen GreenITCube-Rechenzentrums der GSI.
Diese Vorteile können standortunabhängig und für unterschiedliche Verfügbarkeitsstufen realisiert werden und führen so zu drastisch reduzierten Kosten über den gesamten Lebenszyklus (total cost of ownership).
Die Bewerber aus dem Rhein-Main-Gebiet ließen bei der Auszeichnung so renommierte Wettbewerber wie Digital Reality, einen der weltweit größten Anbieter von Rechenzentrumsfläche, und Infinity hinter sich.
Rechenzentren auf Basis des Green-IT-Cube-Designs sind innerhalb von drei Jahren bereits zum sechsten Mal durch die DCD ausgezeichnet worden, die Branche zeigt damit ihre hohe Wertschätzung für die visionäre Technologie.
"Zuverlässigkeit ist bei Rechenzentren nach wie vor höchste Priorität, gleichzeitig aber stehen Entstehungs- und Betriebskosten immer mehr im Vordergrund", so Professor Volker Lindenstruth, Leiter der IT-Abteilung bei GSI.
Neben dem ersten Platz in der Kategorie Blueprint belegte der Green IT Cube der GSI den zweiten Platz in den Kategorien "Leadership in the Public Sector" (hinter der Stadt Madrid) und "Innovation in IT Optimization" (hinter der französischen Zollbehörde).
„Wir sind sehr stolz auf die sensationelle dreifache Auszeichnung unseres GreenITCubes durch die Branchenexperten. Wir gehen davon aus, dass dieses innovative RZ-Konzept als einer unserer Helmholtz Technologie-Transfers 'aus der Grundlagenforschung in die Wirtschaft' zahlreichen Branchen (Internetservice- Providern, Banken, Industrie) große Vorteile bei Platz- (real estate), Investkosten- und mit drastischer Energie-Einsparung bringen wird," bemerkte Horst Stöcker, wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI.
Seine umfangreichen Erfahrungen mit dem GSI-Speicherring ESR und bei der Planung der Speicherringe der FAIR-Anlage machen ihn zum idealen Kandidaten, um an der Weiterentwicklung des vergleichbaren Cooler Storage Rings (CSR) in Lanzhou mitzuwirken und auch das Großprojekt High Intensity Heavy Ion Accelerator Facility (HIAF) zu unterstützen, dessen Aufbau in China geplant ist. Bereits seit vielen Jahren ist er auch im Gutachterausschuss des IMP tätig.
]]>"Von der Vereinbarung versprechen wir uns eine langfristige und nachhaltige Sicherstellung unseres technischen Nachwuchses", erklärte Professor Dr. Dr. h.c. mult. Horst Stöcker, Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI. "Gerade im Hinblick auf die neue Beschleunigeranlage FAIR, die in internationaler Zusammenarbeit gebaut und in Zukunft an die bestehende GSI-Anlage angeschlossen werden wird, sind wir auf hochqualifizierte junge Wissenschaftler und Ingenieure angewiesen, die von Hochschulen wie der THM zu uns kommen. Sie können bei uns am Puls der Forschung mitarbeiten und während des Studiums bereits Projekterfahrung sammeln. So sind sie als Absolventen bestens vorbereitet für einen Job in der Industrie oder für eine Fortsetzung ihrer Karriere bei uns."
"Die Kooperation mit der GSI ist für uns ein wichtiger Schritt, um den Kontakt mit außeruniversitären Forschungseinrichtungen zu fördern und unseren Studenten Zugang zur internationalen Spitzenforschung zu ermöglichen", so Professor Dr. rer. pol. Günther Grabatin, Präsident der THM. "Die wissenschaftlichen Errungenschaften der GSI sowie das Milliardenprojekt FAIR zeigen das Potential auf, das sich unseren Studenten durch die Kooperation erschließt. Die Zusammenarbeit ermöglicht es dem Nachwuchs, bereits während des Studiums aktiv an der Forschung und Entwicklung teilzuhaben und wichtiges Fachwissen zu erwerben."
In der unterzeichneten "Rahmenvereinbarung über die strategische Zusammenarbeit in Forschung und Entwicklung und zur Förderung des wissenschaftlichen, technischen und administrativen Nachwuchses" setzen sich die beiden Partner das Ziel, den Studierenden der THM schon während des Studiums den Erwerb von Projekterfahrung zu ermöglichen und die personelle Nachhaltigkeit für GSI und FAIR zu sichern. Gleichzeitig soll die THM durch konkrete Aufgabenstellungen, beispielsweise im Rahmen von Studien- und Abschlussarbeiten, das FAIR-Projekt bei GSI unterstützen. Dadurch soll eine ideale Kombination von Theorie und Praxis erreicht werden. GSI verpflichtet sich, Mehrkosten der THM für duales und berufsbegleitendes Studium und Werkstudententätigkeiten zu übernehmen. Infrastrukturen sollen gemeinsam genutzt werden.
Die 1971 als Fachhochschule Gießen-Friedberg gegründete THM hat Standorte in Friedberg, Gießen und Wetzlar. Wissenschaftler der THM forschen interdisziplinär und zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft und anderen Forschungsorganisationen. Die wissenschaftliche Arbeit zielt auf innovative und praxisnahe Lösungen von Problemen in Unternehmen und den Einsatz neuer Technologien in Industrie und Handwerk. Auf dem hohen Niveau in der Forschung basieren Spitzenleistungen in der Lehre sowie moderne und anwendungsbezogene Studiengänge.
]]>Strahlung schädigt die Erbinformation von Zellen, die sogenannte DNA. Der Schaden kann so gravierend sein, dass die Zelle abstirbt. Dies kann man sich beispielsweise bei der Strahlentherapie zunutze machen, um Tumorzellen zu zerstören. Leichtere Schäden können jedoch von Reparaturmechanismen der Zelle behoben werden. Wie stark der Schaden ist, hängt von der Gesamtdosis ab, mit der die Zelle bestrahlt wurde. Aber auch der Zeitraum, in dem diese Dosis verabreicht wurde, spielt eine Rolle. Ist er zu lang, können die Reparaturmechanismen bereits greifen und eine starke Schädigung verhindern, noch bevor die gesamte Dosis eingestrahlt wurde. Die Zeitabhängigkeit nennt man Dosisrateneffekt.
Das sogenannte GLOBLE-Modell zur Berechnung der Zellschädigung durch Strahlung berücksichtigte bisher diese zeitliche Komponente nicht. Lisa Herr fügte sie dem Modell hinzu und überprüfte die Vorhersagen des Modells anhand von in Experimenten gewonnenen Daten. Sie konnte zeigen, dass die von ihr entwickelte Erweiterung des Modells konsistent mit den Messdaten ist und den Dosisrateneffekt wirklichkeitsgetreu abbildet. Durch das erweiterte Modell sind nun bessere Vorhersagen der Zellschädigung durch Strahlung möglich.
Die Mittel zur Vergabe des Preises werden aus den Erträgnissen des Philipp-Siedler-Stiftungsfonds des Physikalischen Vereins entnommen. Der Förderpreis soll an das gleichnamige Ehrenmitglied des Vereins erinnern und für hervorragende Studienabschlussarbeiten (Diplom, Master) aus allen physikalischen Disziplinen der Goethe-Universität Frankfurt verliehen werden. Prämiert werden können Arbeiten, die im Laufe des letzten Jahres abgeschlossen wurden.
]]>Insgesamt wurden etwa 330 Tweets unter dem Hashtag „ScienceTweetup“ gesendet, 200 Bilder wurden geschossen und einige Videos gedrehts. Über viele soziale Netzwerke ließen die Gäste des GSI ScienceTweetups ihre Follower-Communities an ihren Erlebnissen bei GSI teilhaben. Alle Tweets gibt es unter dem GSI #ScienceTweetup-Storify.
Nach dem ausführlichen Rundgang im Ringbeschleuniger besichtigten sie das FAIR-Baufeld und informierten sich über die neue Teilchenbeschleunigeranlage. Anschließend sahen sie ausgewählte Experimentierplätze, den Linearbeschleuniger und den Hauptkontrollraum. "Grüße von der Enterprise Brücke #Kontrollraum #sciencetweetup", twittert Tobias Liebert (@Tobbelmoppel) dazu.
Im Targetlabor erfuhren die Teilnehmer, wie die kleinen Folien hergestellt werden, auf die der Teilchenstrahl geschossen wird. Anschließend durften sie selbst ein Kohlenstoff-Target aus dem Wasserbad auf einen Rahmen aufziehen. Eico Neumann (@travelholic) berichtet begeistert: "I just build a 100nm (Nanometer!) thick carbon target for the particle beam! #sciencetweetup".
Beim Science-Speeddating stellten die Twitterer, Blogger und Podcaster im kleinen Kreis ihre Fragen direkt an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Aus der Materialforschung beantwortete Dr. Markus Bender Fragen. Besonders interessant für Lisa Leander von @weltderphysik ist die Zusammenarbeit zwischen GSI und der Raumfahrt: „Jetzt kommt das Science Speeddating, zuerst mit Markus Bender, der im Beschleuniger Strahlenschäden im Weltall nachstellt #ScienceTweetup“. Dr. Timo Dickel von der NUSTAR-Kollaboration berichtet über Astrophysik: „Science Speeddating Wissenschaftler erklären auch anhand von Detektorteilen #ScienceTweetup“ twittert Kevin Gräff für @AAW_Darmstadt dazu. „Heidi Schuldes misst bei HADES "seltsame Teilchen" wie Kaonen und Pionen #ScienceTweetup“ berichtet @weltderphysik an seine Follower. Die Fragen gehen aber auch über die Forschung hinaus: „Das Targetlabor ist sehr weiblich dominiert, sagt Dr. Lommel, am Gesamt-GSI sind es etwa 10% Frauen. #sciencetweetup“, twittert Anna Müllner (@_Adora_Belle).
Blog-Artikel von Daniel Fischer (@cosmos4u)
Fotoalbum von Tobias Liebert (@Tobbelmoppel)
Fotoalbum von Henning Krause (@ScienceTweetup)
Audio-Slideshow von Michael Büker (@emtiu)
Blog-Artikel von Tobias Liebert
Blog-Artikel von Michèle Lauer (@McLauer)
]]>Der Ringbeschleuniger SIS hat einen Umfang von 216 Metern. Rund 50 tonnenschwere Magnete halten die Teilchen auf der Bahn. In den nächsten Jahren werden zwei weitere Beschleunigungsstrecken eingebaut. Mit dann insgesamt fünf Beschleunigungsstrecken wird das SIS die Leistungsfähigkeit haben, um Elemente aller Art zu beschleunigen und in die FAIR-Beschleunigeranlage einzuschießen.
Von Astrophysik bis zur Krebstherapie konnten Forscher aus aller Welt mit dem Ringbeschleuniger seit der Inbetriebnahme im Jahr 1990 eine große Vielfalt an Forschung und Anwendungen durchführen. Herausragende Erfolge sind zum Beispiel die Entdeckung hunderter neuer Isotope, das heißt unterschiedlicher Sorten von bekannten Elementen. Ein GSI-Forscher hält auf diesem Forschungsgebiet den Weltrekord, er hat von allen Forschern weltweit die meisten Isotope entdeckt. Weiterhin wurden mit dem Ringbeschleuniger SIS drei neue radioaktive Zerfallsarten entdeckt. Aus der biophysikalischen Forschung heraus wurde eine neue Krebstherapie entwickelt, mit der bei GSI 450 Patienten mit Hirntumoren mit großem Erfolg behandelt wurden. Inzwischen wird diese Therapie im Routinebetreib an einer von GSI eigens dafür gebauten Beschleunigeranlage am HIT in Heidelberg durchgeführt.
]]>Um Mädchen für traditionelle Männerberufe zu begeistern, veranstalten Betriebe und Institute bundesweit den Girls’Day. Schülerinnen der Klassen 5 bis 10 können an diesem Tag in verschiedene Berufe hineinschnuppern, selbst experimentieren und Fragen stellen.
]]>Bei den Awards werden herausragende Leistungen im Bereich Rechenzentren aus Europa, dem Mittleren Osten und Afrika prämiert. Die Verleihung der Preise findet am 12. Dezember in London statt. Der Green IT Cube wurde in diesem Jahr in drei Kategorien nominiert: „Leadership in the Public Sector“, „Data Center Blueprint“ sowie „IT-Optimization“.
Kriterien für die Vergabe in den ersten beiden genannten Kategorien sind eine sehr hohe Energieeffizienz, niedrige Investitions- und Betriebskosten bezogen auf die Anzahl und Leistungsfähigkeit der Server sowie architektonische Konzepte, die einen besonders kompakten Aufbau ermöglichen. In der Kategorie „Blueprint“ spielen auch die Design-Prinzipien des Rechenzentrums eine Rolle, und ob sie auch für andere Arten und Größen von Rechenzentren an anderen Standorten geeignet sind. In der Kategorie „IT-Optimization“ wird prämiert, wie die IT-Infrastruktur und die Rechenzentrumsinfrastruktur gemeinsam optimiert werden, um über den Lebenszyklus des Rechenzentrum deutliche Kostenvorteile zu erlangen.
Der „Green IT Cube“ besticht vor allem durch seinen kompakten Aufbau und einer weitgehenden Nutzung von Stahl, was die Kosten für den Hochbau im Vergleich zu einer klassischen Bauweise deutlich senkt. Hinzu kommt eine effiziente Infrastruktur, die die Kosten für die Kühlung um fast 90 Prozent gegenüber auf dem Markt erhältlichen Technologien reduziert und diese auch bei den dabei notwendigen Investitionen deutlich unterschreitet. Die sich daraus ergebenden Bau- und Betriebskosten pro Server sind im Markt unerreicht.
DataCenterDynamics ist eine weltweit führende Organisation, die im Bereich Rechenzentren Kongresse und Messen veranstaltet und umfangreiche Studien zum Rechenzentrumsmarkt sowie zu -technologien recherchiert und veröffentlicht. DataCenterDynamics verfügt über ein internationales Netzwerk aus Managern und Experten, die als Jury die EMEA Awards vergibt.
22.07.2011 | Green-Cube - ein neues umweltfreundliches Höchstleistungs-Computerzentrum
]]>Die Veranstaltungsreihe "Saturday Morning Physics" ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Der Besuch bei GSI ist die einzige Exkursion, die innerhalb der Reihe stattfindet. GSI zählt bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den zahlreichen Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes.
]]>Tetyana Galatyuk experimentiert am GSI-Detektor HADES. Dort stieß sie auf ein Phänomen, das DLS-Rätsel, das schon aus dem Teilchenbeschleuniger Berkeley bekannt war: Bei der Kollision von schweren Atomkernen enstanden unerwartet viele Elektron-Positron-Paare. Keines der damaligen theoretischen Modelle konnte das erklären. Galatyuk verglich in ihren Experimenten elementare Proton-Proton- und Proton-Neutron-Reaktionen mit Schwerionenreaktionen, wenn etwa Goldkerne auf Goldkerne treffen. „Sie hat dabei die große Bedeutung der Neutron-Proton-Bremsstrahlung erkannt“, sagt Professor Alfred Müller, Vorsitzender des Gutachterausschusses. „Sie ebnete damit den Weg für eine korrekte theoretische Beschreibung dieses Phänomens bei Kern-Kern-Kollisionen.“ Das habe das Gutachtergremium zur Verleihung des Preises an Galatyuk bewegt, so Müller. Es sei aber auch von der steilen Karriere von Frau Galatyuk beeindruckt, die es bereits in jungen Jahren zur Juniorprofessorin an der TU Darmstadt gebracht hat. Auch die Vorbildfunktion einer jungen dynamischen Wissenschaftlerin für Studierende und speziell für junge Frauen, die vor der Studienwahl stehen, sei ein Gesichtspunkt bei der Entscheidung für Tetyana Galatyuk gewesen.
Der Röntgen-Preis wird im Andenken an Wilhelm Conrad Röntgen verliehen. Er war ordentlicher Professor der Physik an der damaligen Ludwigs-Universität Gießen in den Jahren 1879 bis 1888. Er entdeckte die nach ihm benannte Röntgenstrahlung und erhielt als erster einen Physik-Nobelpreis. Seit 1975 verleiht die Justus-Liebig-Universität Gießen den Röntgen-Preis.
]]>Download von "target" – Ausgabe 10, November 2013 (PDF, 5,1 MB)
Vom 21. Juli bis zum 11. September 2014 können Studenten Einblicke in den Forschungsalltag gewinnen, selbst experimentieren und internationale Kontakte knüpfen. 2013 untersuchten die Sommerstudenten zum Beispiel die Strahldynamik in einem Speicherring oder erstellten Nanostrukturen mithilfe eines Ionenstrahls.
Bewerbungen und Empfehlungen sind bis zum 15. Februar 2014 möglich. Das Programm ist in den Kanon der GSI-Graduiertenschule HGS-HIRe eingebunden.
Weitere Informationen und Bewerbung bei HGS-HIRe
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Der Christoph-Schmelzer-Preis wird jährlich vergeben und ist mit 1 500 Euro für jede Preisträgerin dotiert. Im Rahmen der Verleihung stellten sie ihre Arbeiten vor:
Dr. Daniela Kraft hat die Langzeitfolgen einer Strahlentherapie mit Kohlenstoffionen mit denen einer herkömmlichen Photonentherapie verglichen. Sie experimentierte mit humanen blutbildenden Stammzellen, da sie in Folge einer Bestrahlung mutieren und Leukämie erzeugen können. Bei ihren Experimenten an der GSI-Anlage stellte sie fest, dass die Veränderungen der Zellen bei Photonen- und Kohlenstofftherapie in gleichem Maße auftreten. Ebenfalls interessant war die Erkenntnis, dass die veränderten Zellen nicht fatal geschädigt waren und weiter ihre Aufgaben erfüllen konnten. Außerdem fand Kraft keine Anzeichen dafür, dass es zu weiteren spontanen Veränderungen kommt. Ihre Promotion reichte die Preisträgerin an der Goethe-Universität Frankfurt ein.
Dr. Ilaria Rinaldi wird für eine physikalisch-technische Arbeit geehrt, die sie am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) durchführte. Sie erarbeitet zwei neue Verfahren, mit denen der Ionenstrahl während der Behandlung im Gewebe abgebildet werden kann. So ist die Reichweite des Ionenstrahls noch exakter zu kontrollieren. Das Bild ist dabei von guter Qualität, wobei die Strahlendosis minimal bleibt. Rinaldi nutzte bei GSI entwickelte Detektorteile für ihre Messungen. Die Dissertation reichte sie an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg ein.
Christoph Schmelzer war Mitbegründer und erster Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI. An der GSI-Beschleunigeranlage wurden seit 1997 über 400 Patienten mit Tumoren in der Regel im Gehirn mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen bei über 90 Prozent und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten mittlerweile routinemäßig mit schweren Ionen behandelt. Das Verfahren ist von vielen Krankenkasse anerkannt.
18.01.2013 | Christoph-Schmelzer-Preis 2012
12.06.2001 | GSI trauert um ihren ersten Wissenschaftlichen Direktor
]]>Hermann von Helmholtz steht für die ganze Vielfalt der naturwissenschaftlichen Forschung und die Hinwendung zur technologischen Praxis. Er war einer der letzten wirklichen Universalgelehrten. Helmholtz vertrat eine Naturwissenschaft, die Brücken schlug zwischen Medizin, Physik und Chemie. Darüber hinaus widmete er sich der Psychologie, Musik und Philosophie.
Am Helmholtz-Tag erfahren die Schülerinnen und Schüler im GSI-Schülerlabor mehr über die vielseitige Forschung und die zahlreichen Errungenschaften des Universalgelehrten. Sie begeben sich auf die Spuren von Helmholtz. An Experimentiersets untersuchen sie die Bausteine des Atoms und verschiedene Aspekte von radioaktiver Strahlung. Darüber hinaus lernen sie Anwendungen von Radioaktivität in Medizin, Technik und Forschung kennen. Auf einem Rundgang durch die GSI-Anlagen sehen die Schüler die Messtechniken, mit denen sie selbst experimentiert haben, im großen Maßstab im Einsatz für die Grundlagenforschung wieder.
Das GSI-Schülerlabor hat zum Ziel nachhaltig das Interesse von Schülerinnen und Schülern der Klassen 9 bis 13 an Naturwissenschaften zu fördern. Seit Eröffnung im Herbst 2004 ist die Nachfrage nach dem Angebot riesig. Bis heute haben über 14.000 Schülerinnen aus über 700 Klassen sowie 25 Lehrergruppen an einem Experimentiertag teilgenommen. Bei Lehrern und Schülern findet das Schülerlabor gleichermaßen große Zustimmung. So haben zahlreiche Schulen den Besuch im GSI-Schülerlabor bereits fest in den Stundenplan integriert.
Die Idee eines Tweetups ist, wissenschaftsinteressierte Blogger und Nutzer von Social Media-Plattformen einzuladen und ihnen exklusiven Zugang zu Forschungsanlagen und WissenschaftlerInnen zu geben. Live und aus einem persönlichen Blickwinkel schildern sie ihre Eindrücke, teilen Fotos, Videos und Infos im Netz. So ermöglichen sie einer großen Gruppe, einmal hinter die Kulissen eines Forschungsbetriebs zu schauen.
Da nicht alle der bisherigen Teilnehmer zum Nachholtermin Zeit haben, sind einige wenige Plätze wieder frei geworden. Wir öffnen daher eine zweite Bewerbungsphase. Die Bewerbung für das GSI ScienceTweetup ist vom 15. bis zum 24. November 2013 möglich. Spannende Themen warten: Ist das Higgs-Teilchen das einzige Geheimnis hinter der Masse? Welche unbekannten Gebiete der Physik wird die neue Beschleunigeranlage mit ihren hohen Ionen-Intensitäten und 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit eröffnen? Jetzt bewerben und am 5. Dezember 2013 dabei sein!
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Wissenschaft zum Anfassen ist das Motto der Ausstellung: Mithilfe anschaulicher Exponate und interaktiver Stationen erleben die Besucher Wissenschaft, besonders Physik, die an Teilchenbeschleunigern, wie GSI und FAIR, eine Rolle spielt.
Konzipiert wurde die Ausstellung von Dr. Sascha Vogel vom Helmholtz International Center for FAIR (HIC for FAIR). Er ist Koordinator der Helmholtz-Doktorandenschule HGS-HIRe und theoretischer Physiker. Sein Ziel ist es, komplizierte Vorgänge kurz, verständlich und vor allem unterhaltsam zu vermitteln. Wissenschaft soll leichter zugänglich werden und Spaß machen. Die Ausstellung ist bis zum 12. Januar 2014 zu sehen.
Betreute Führungen für Schulklassen und Gruppen sind nach Absprache möglich.
Der Antrag für das Symposium wurde von Dr. Yuri Litvinov, GSI, und Professor Yuhu Zhang, Institute of Modern Physics in Lanzhou, gemeinsam gestellt und von Gutachtern aus Deutschland und China evaluiert. Die Bewilligung erfolgte im September 2013. Insgesamt stehen 173 600 RMB (rund 20 000 Euro) für die Durchführung der Veranstaltung und die Reisemittel für 18 Teilnehmer zur Verfügung. Die Kosten zahlt das Chinesisch-Deutsche Zentrum für Wissenschaftsförderung, das gemeinsam von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der National Natural Science Foundation of China getragen wird. Ziel ist die Förderung der wissenschaftlichen Zusammenarbeit zwischen Deutschland und China in den Fachgebieten der Natur-, Lebens-, Management- und Ingenieurwissenschaften.
]]>Wenn Sie den DIN A2-großen Kalender bestellen möchten, wenden Sie sich bitte direkt per E-Mail an GSI-Kalender(at)gsi.de und wir senden Ihnen den Kalender umgehend per Post zu. Vergessen Sie dabei nicht, Ihren Namen, Ihre Adresse und die Anzahl der Kalender anzugeben. GSI-Mitarbeiter können sich ein Exemplar im Foyer oder Hauptlager abholen.
Bitte haben Sie dafür Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal drei Kalender (solange der Vorrat reicht) versendet werden können.
]]>Nach der allgemeinen Genehmigung für den neuen Beschleuniger-Komplex FAIR, werden zurzeit die detaillierten Baupläne der einzelnen Gebäude von den hessischen Behörden geprüft und genehmigt.
Neben dem großen Ringbeschleuniger, der einen Umfang von 1100 Metern haben wird, sind auch der Experimentierplatz für Biophysik und Materialforschung und die Anlage zur Erzeugung neuer Isotope, der Superfragmentseparator, genehmigt worden. In vorangegangenen Prüfungen wurden bereits ein Speicherring, Infrastrukturgebäude und große Teile der Strahlführungen genehmigt.
In einer Urkunde bestätigte das hessische Ministerium, dass die Gebäude in ihrer detaillierten Planung den Sicherheitsbestimmungen für die hier arbeitenden Wissenschaftler und Techniker und für die Umgebung entsprechen.
Die Genehmigungsverfahren betreut die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH im Auftrag der FAIR GmbH.
Im Anschluss an die bestehende, rund 400 Meter lange und künftig als Injektor dienende GSI-Anlage wird der rund 4000 Meter lange, großteils unterirdische internationale Teilchenbeschleuniger-Komplex FAIR errichtet. An FAIR werden mehr als 3.000 Wissenschaftler aus mehr als 50 Ländern die Grundbausteine der Materie und die Entwicklung des Universums erforschen. Dazu können an FAIR besonders intensive Präzisionsstrahlen von Antiprotonen und Ionen aller chemischen Elemente erzeugt werden.
12.06.2012 | Startschuss für Errichtung des Teilchenbeschleunigers FAIR
]]>Was ist ein Forscher, wie denkt er und wie sieht sein Arbeitsalltag aus? Kinder schon früh in Kontakt mit Naturwissenschaften und Technik zu bringen, ist Ziel der Bildungsinitiative „Junge Forscher“. Physik-Doktoranden von GSI erarbeiten mit Grundschülern auf spielerische Weise, was ein Teilchenbeschleuniger ist und was man mit ihm erforschen kann.
Vier ausgewählte Physikerinnen und Physiker leiteten zwei Mal den Unterricht an der Frankfurter Karmeliterschule. Sie experimentierten mit den Kindern und bauten das Modell eines Teilchenbeschleunigers. Im Vordergrund des Projektes steht der persönliche Kontakt zwischen Wissenschaftlern und den Schülern. Die jungen Physiker sollen ihre Begeisterung im Gespräch und gemeinsamen Experimentieren auf die Kinder übertragen und ihnen eine Vorstellung von der komplexen wissenschaftlichen Forschung an einer Großforschungsanlage vermitteln.
Bei der Besichtigung der GSI-Beschleunigeranlage, anschließend an den Unterricht, lernen Kinder, Eltern und Lehrer den Arbeitsplatz der Nachwuchsforscher kennen und bekommen einen direkten Einblick in den Wissenschaftsbetrieb einer großen Forschungseinrichtung.
Nicht nur die Kinder profitieren von der Kooperation, die Wissenschaftler erhalten eine pädagogische Schulung und bekommen die Chance didaktische Erfahrungen zu sammeln.
Zum dritten Mal findet das Projekt bereits statt und ist damit zu einem Teil der Bildungskette geworden, die GSI etabliert hat. Von Grundschulprojekten über das Schülerlabor für weiterführende Schulen und die Sommerschulen für Studenten bis hin zur Doktorandenschule bietet GSI Bildung für jedes Alter.
Dr. Thomas Friedrich ist in der GSI-Biophysik tätig und beschäftigt sich mit der biologischen Modellierung von Strahlenschäden. Die Rechenmodelle bilden die komplizierten Vorgänge im Inneren einer Zelle nach. Konkret werden beispielsweise die sehr unterschiedlichen Schädigungen einer Zelle durch Röntgen- bzw. durch Ionenstrahlen modelliert. Durch Abgleich mit Daten aus Experimenten können die grundlegenden Modellannahmen verifiziert und die Modelle verfeinert werden. Langfristig führt dies zu besseren Vorhersagen durch die Modelle, die etwa in der Bestrahlungsplanung bei der Tumortherapie zum Einsatz kommen.
Dr. Stephanie Hehlgans ist an der Klinik für Strahlentherapie und Onkologie des Uniklinikums Frankfurt tätig. Zuvor war sie am OncoRay – National Center for Radiation Research in Oncology in Dresden beschäftigt. Schwerpunkt ihrer Forschungsarbeit ist die Identifizierung molekularer Faktoren, die eine Strahlenresistenz von Tumorzellen vermitteln. Hierzu verwendet sie ein dreidimensionales Zellkulturmodell, das eine präzisere Vorhersage der Strahlenantwort des Tumors erlaubt. Diese Arbeiten stellen eine Grundlage für die Entwicklung verbesserter diagnostischer Verfahren zur Voraussage des Therapieansprechens und der zielgerichteten therapeutischen Hemmung der identifizierten Faktoren zur Re-Sensibilisierung der Tumorzellen dar.
]]>„Strahlung spielt eine große Rolle in der Medizin – sowohl in der Therapie als auch in der Diagnose“, sagt Dr. Claudia Fournier, Biophysikerin bei GSI und Organisatorin der Tagung. „Offene Fragen zur biologischen Wirkung werden mit modernen Methoden bearbeitet, gleichzeitig ergeben sich ständig neue Aspekte durch innovative Therapien und Methoden, die in der Medizin Anwendung finden. Auf der Jahrestagung werden wir aktuelle Erkenntnisse zu DNA-Reparaturmechanismen, zum Risiko von Strahlung und zur Wirkung von Strahlung in Normalgewebe und Tumoren diskutieren.“
Zur diesjährigen Veranstaltung, die gemeinsam von der Abteilung Biophysik dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und dem Fachbereich Biologie der TU Darmstadt ausgerichtet wird, werden viele junge Forscherinnen und Forscher erwartet. Sie sind teilweise vom DFG-geförderten Graduiertenkolleg „Molekulare und zelluläre Reaktionen auf ionisierende Strahlung", das von GSI, der TU Darmstadt und der Goethe-Universität Frankfurt betreut wird.
Im Rahmen der Veranstaltung werden außerdem zwei Preise verliehen. Der Nachwuchspreis der GBS für junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler geht an Dr. Thomas Friedrich (GSI) und Dr. Stephanie Hehlgans (Universität Frankfurt). Die Ulrich-Hagen Medaille wird für hervorragende Verdienste um die Strahlenforschung verliehen und geht an Prof. Friederike Eckhardt-Schupp (Helmholtzzentrum München).
Die GBS, die 1996 in Gießen gegründet wurde, ist die deutsche Vereinigung der Strahlenbiologen und Strahlenbiophysiker. Sie zählt etwa 200 Mitglieder aus Universitäten und Forschungsinstituten.
Der Vereinsbeitrag beträgt einen Euro pro Monat. Er deckt damit die Versicherungsbeiträge sowie die Abgaben an den Betriebssportverband Hessen und den Deutschen Betriebssportverband (DBSV) ab. Für Vereinsmitglieder, die bei GSI angestellt sind, erhält der Verein zusätzlich einen Präventionszuschuss von vier Euro pro Monat seitens GSI für die Gesundheitsförderung der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Spenden, die die Sportaktivitäten des Vereins unterstützen, sind willkommen.
Die Betriebssportgruppe „Schnelle Ionen“ existiert bei GSI bereits seit 1974 und bietet aktuell ein Angebot über 15 verschiedene Sportarten, beispielsweise Tischtennis, Aikido oder Joga, das von über 170 Sportlern genutzt wird.
]]>Seit 1970 kooperiert Münzenberg mit den Kernphysikern der finnischen Universität Jyväskylä. Vor allem zum Aufbau des Beschleunigerlabors der Universität leistete er wichtige Beiträge. Von seiner Expertise im Entwurf und Betrieb von Rückstoß-Separatoren habe die Forschungsgruppe sehr profitiert, so das Institut für Physik in seinem Newsletter. Außerdem war er Mitglied beratender Ausschüsse.
Münzenberg entdeckte mit seinen Kollegen die Elemente 107, 108 und 109 am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung. Er hat den Aufbau der SHIP-Anlage (Separator for Heavy Ion reaction Products) geleitet, mit der die neuen Elemente hergestellt wurden. Neben neuen Elementen entdeckte er auch 219 exotische Kerne, womit ist er Dritter der Weltrangliste ist. Auch vom Vereinigten Institut für Kernforschung in Dubna wurde Münzenberg bereits die Ehrendoktorwürde verliehen.
„Die Helmholtz-Nachwuchsgruppe wird relativistische Laserplasmen und Röntgenpulserzeugung theoretische und numerisch erforschen“, erklärt Thomas Stöhlker, Leiter des HI-Jena. „Das Ziel ist also die Erforschung der Wechselwirkung intensiver Lichtpulse mit Materie.“ Über fünf Jahre bekommt Rykovanov dafür jährlichen eine Förderung von 250 000 Euro. Neben der finanziellen Unterstützung, ist auch die Option auf eine unbefristete Stelle gegeben. Das erleichtert den Nachwuchsforschern den Einstieg in eine wissenschaftliche Karriere. „Bereits die Hälfte der ehemaligen Helmholtz-Nachwuchsgruppenleiter bei GSI sind mittlerweile ordentliche Professoren. Die guten Karriereperspektiven locken die jungen Forscher“, sagt Horst Stöcker, wissenschaftlicher Geschäftsführer bei GSI.
66 junge Forscherinnen und Forscher aus aller Welt hatten sich für die aktuelle Förderrunde beworben. „Die vielen qualitativ hochwertigen Bewerbungen aus international renommierten Forschungseinrichtungen wie der University of California (Berkeley) oder der Harvard University zeigen, dass es für junge Wissenschaftler sehr attraktiv ist, in Deutschland zu forschen“, sagt Jürgen Mlynek, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Diese Rekrutierungserfolge sind ein großer Gewinn für das deutsche Wissenschaftssystem.“
Für das jetzige Experiment haben Wissenschaftler am Institut für Kernchemie der Universität Mainz das exotische Element Americium auf eine dünne Folie aufgebracht. Diese wurde an der GSI-Beschleunigeranlage mit Calcium-Ionen beschossen. Erstmals konnten mit einem speziellen Detektorsystem zusammen mit dem Alphazerfall des neuen Elements auch Photonen nachgewiesen werden. Gemessene Photonenenergien entsprechen denjenigen, die für die Röntgenstrahlung von Zerfallsprodukten von Element 115 erwartet werden, und stellen damit einen „Fingerabdruck“ des Elements dar.
„Das Experiment kann als eines der wichtigsten Experimente der letzten Jahre auf diesem Forschungsfeld bezeichnet werden, weil endlich klar ist, dass dieser Fingerabdruck auch bei den allerschwersten Elementen genommen werden kann“, stimmen Dirk Rudolph, Professor am Institut für Kernphysik der Universität Lund, und Christoph Düllmann, Professor an der Universität Mainz und leitender Wissenschaftler bei GSI und dem HIM, überein. „Das Ergebnis gibt zum einen großes Vertrauen in bereits gewonnene Daten und legt zum anderen den Grundstein für zukünftige Messungen dieser Art.”
Noch hat das Element 115 keinen Namen: Ein Komitee aus Mitgliedern internationaler Physik- und Chemieorganisationen wird die neuen Daten begutachten und entscheiden, ob es noch weiterer Experimente bedarf, um die Entdeckung des neuen Elementes anzuerkennen. Erst nach endgültiger Anerkennung kann über die Namensgebung entschieden werden.
Neben den Röntgenereignissen erhielten die Wissenschaftler bei ihren Messungen weitere Daten, die erstmals einen tieferen Einblick in die Struktur der allerschwersten zurzeit bekannten Atomkerne geben. Dies wird verbesserte Vorhersagen zu den Eigenschaften von Kernen jenseits der Grenze aktuellen Wissens erlauben.
Veröffentlichung in der Zeitschrift "Physical Review Letters"
]]>Begrüßt wurden die Doktoranden von GSI-Forschungsdirektor Professor Dr. Karlheinz Langanke. Anschließend sprach Professor Dr. Peter Senger vom FAIR Board of Collaborations einige Motivationsworte. Inti Lehmann von der FAIR GmbH informierte über Karrieremöglichkeiten für Nachwuchswissenschaftler. Ehemalige Doktoranden gaben Auskunft über ihre Zeit bei GSI und die Erfahrungen, die sie dabei gemacht haben. 26 Doktoranden nutzten die Gelegenheit, in einer Poster-Ausstellung ihre Forschungsarbeit vorzustellen. Die beiden besten Beiträge Heidi Schuldes (HADES) und Iurii Sorokin (CBM) wurden mit einer Urkunde prämiert.
GSI-Doktorand Pradeep Ghosh organisierte die Veranstaltung, die von nun an jährlich stattfinden soll. "Ein gemeinsames Event der GSI-Doktoranden ist wichtig, um sich gegenseitig kennenzulernen und über die Forschungsaktivitäten am Institut informiert zu bleiben. Es kann die Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Abteilungen stärken", sagte er. "Bei GSI arbeiten mehr als 150 Doktoranden. Einen ihnen gewidmeten Tag zu haben ist ein Schritt, der uns alle zusammenbringt bei der gemeinsamen Diskussion über die Wissenschaft. Wir wollen kommunizieren, uns entwickeln, die Wissenschaft voranbringen und uns über neue Entwicklungen und Karrieremöglichkeiten austauschen."
Ghosh engagiert sich als einer von sechs Vertretern auch bei den Helmholtz Juniors, wo sich die Doktoranden der gesamten Helmholtz-Gemeinschaft untereinander vernetzen. In Zukunft ist auch eine zentrale Veranstaltung aller Zentren geplant.
Auch die 37 Sommerstudenten, die momentan bei GSI zu Gast sind, waren zu der Veranstaltung eingeladen. Sie sollten einen breiteren Überblick über die aktuelle Forschung bei GSI und die bisherigen Erfolge erhalten. Ghosh hofft, dass die Teilnahme sie vielleicht inspirieren kann, eine eigene Doktorarbeit bei GSI in Betracht zu ziehen.
]]>Die Reihe richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In der Regel einmal pro Monat findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt.
Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab - nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von sowohl GSI-internen als auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Alle Vorträge finden im Hörsaal der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Beginn ist jeweils um 14 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten. Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie auf unserer Webseite.
Die Neuentwicklung LB 44 von Liebherr kommt auf der FAIR-Baustelle zum ersten Mal zum Einsatz. Mit einem maximalen Drehmoment von 510 Kilonewtonmetern und einer Leistung von 505 Kilowatt ist es stärker als die LB 36 und die BG 46 von Bauer, die schon auf der Baustelle arbeiten. Mit diesen Drehbohrgeräten sind die größten auf dem europäischen Markt erhältlichen Geräte auf der FAIR-Baustelle versammelt. Nach der Montage gestern, findet heute bereits die erste Bohrung mit der 36 Meter hohen LB 44 statt.
In wenigen Wochen wird eine zweite LB 44 geliefert. Dann ist die Riege der Drehbohrgeräte komplett. Mit ihnen setzen die Baufirmen bis zu 60 Meter lange Betonpfähle in den Untergrund. So wird er stabil genug sein, um die schweren Magnete, die Gebäude und die empfindlichen Detektoren der neuen Beschleunigeranlage zu tragen.
]]>Von Beschleunigerphysik über Materialforschung bis hin zu theoretischer Physik: Jeder Sommerstudent arbeitet in der nächsten Zeit an einer Fragestellung aus dem echten Forschungsbetrieb. Im Mittelpunkt stehen Entwicklungen und Tests von technischen und experimentellen Komponenten für die FAIR-Beschleunigeranlage und deren zukünftige Experimente. Aber auch das Knüpfen von Kontakten und der internationale Austausch kommen durch Kochabende und Unternehmungen in der Region nicht zu kurz.
Das Programm wird von der Doktorandenschule HGS-HIRe organisiert. In begleitenden Vorlesungen werden das breite Forschungsspektrum von GSI und die dabei erzielten wissenschaftlichen Resultate vorgestellt. Die Vorträge werden auf Englisch gehalten, sind öffentlich und können von jedem Interessierten besucht werden.
Programm der öffentlichen Vorlesungen
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Zum ersten Mal ist der GSI-Ringbeschleuniger unter strengen Auflagen für eine begrenzte Anzahl von Besuchern zugänglich. Von Astrophysik bis zur Krebstherapie wurde mit ihm schon intensiv geforscht. Jetzt wird er fit gemacht für FAIR – das größte Forschungsprojekt Europas – und ist deshalb geöffnet. Wir laden 15 Twitterer exklusiv dazu ein den Beschleunigerring zu besichtigen, Wissenschaftlern Fragen zu stellen und die Baustelle von FAIR zu besuchen, der zukünftigen Facility für Antiproton and Ion Research.
Die Idee eines Tweetups ist, wissenschaftsinteressierte Blogger und Nutzer von Social Media-Plattformen einzuladen und ihnen exklusiven Zugang zu Forschungsanlagen und WissenschaftlerInnen zu geben. Live und aus einem persönlichen Blickwinkel schildern sie ihre Eindrücke, teilen Fotos, Videos und Infos im Netz. So ermöglichen sie einer großen Gruppe, einmal hinter die Kulissen eines Forschungsbetriebs zu schauen.
Die Bewerbung für das GSI ScienceTweetup ist vom 24. Juli bis zum 6. August 2013 möglich. Spannende Themen warten: Ist das Higgs-Teilchen das einzige Geheimnis hinter der Masse? Welche unbekannten Gebiete der Physik wird die neue Beschleunigeranlage mit ihren hohen Ionen-Intensitäten und 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit eröffnen? Jetzt bewerben und am 27. August 2013 dabei sein!
ScienceTweetup bei der Langen Nacht der Wissenschaft in Berlin
]]>Die Ernennungsurkunde erhielt Sigurd Hofmann am 17. Juli in der Botschaft der Republik Polen in Berlin von Botschafter Jerzy Margańsk. Hofmann ist damit das 35. auswärtige Mitglied der seit 140 Jahren bestehenden Polnischen Akademie der Gelehrsamkeit. Sie beherbergt sechs Fachbereiche und zahlreiche fachbereichsübergreifende Ausschüsse interdisziplinären Charakters, die regelmäßige wissenschaftliche Sitzungen, Konferenzen, Diskussionen und Vorträge veranstalten.
Hofmann, der an der Entdeckung sechs neuer Elemente maßgeblich beteiligt war, ist eng mit Polen verbunden. Seit über 30 Jahren arbeitet er mit polnischen Kernphysikern auf dem Gebiet der schweren Elemente zusammen und ist regelmäßig persönlich in Polen.
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"Diese Erfindung hat sich aus unserer Arbeit bei GSI ergeben“, sagt Georg Fehrenbacher, Sprecher des Entwickler-Teams. „Es galt, folgendes Problem zu lösen: An der im Bau befindlichen Beschleunigeranlage FAIR werden wir mit verschiedenen Intensitäten arbeiten. Keines, der auf dem Markt erhältlichen Dosimeter, kann aber einen so großen Energiebereich abdecken“, sagt Fehrenbacher. Der Grund liegt in der Bauart der handelsüblichen Dosimeter. Sie sind unterschiedlich stark abgeschirmt und so entweder nur für hoch- oder niederenergetische Strahlung empfindlich.
Dieses Problem lösten Fehrenbacher und seine Kollegen, indem sie ein neuartiges Dosimeter mit dem Namen DORIS entwickelten: DOse Recording for Indoor and Outdoor Surveys. Dieses Messgerät kann niederenergetische Strahlung von wenigen Kiloelektronenvolt messen, aber auch höhere Energien bis etwa zehn Megaelektronenvolt. Der Trick: unterteilte Detektorplättchen, die verschieden stark abgeschirmt sind und eine Software, die die Messdaten exakt verrechnet. „Ich bin seit 25 Jahren im Strahlenschutz, da kenne ich einige Tipps und Tricks: Bei DORIS sind vier Detektorplättchen eingebaut, die von vorne und hinten sensitiv sind. Kupferscheiben schirmen jeweils die Hälfte der Plättchen ab. Die Verrechnung aller Werte liefert dann eine genaue Information über die Strahlung.“
Die Erfindung hat zu zwei Patenten geführt, deren Entwicklung im Rahmen des Technologietransfer-Projekts finanziert wurde. Das eine betrifft die Rechentechnik und Software, das zweite den mechanischen Aufbau des Dosimeters. Das Dosimeter muss robust und einfach zu bedienen sein. Außerdem muss es der Witterung standhalten, da es auch draußen zum Einsatz kommen soll.
„Beim zweiten Patent haben wir eng mit der Abteilung Patente und Technologietransfer zusammengearbeitet“, erzählt Fehrenbacher. „So wurde das Dosimeter vertriebsreif. Auch den Kontakt zur Firma RadPro, die DORIS nun vertreibt, hat die Abteilung Patente und Technologietransfer hergestellt.“ Eine Erfindervergütung gibt es für Fehrenbacher auch: „Der finanzielle Aspekt ist aber nicht die Motivation der Erfindung. Das ergibt sich aus unserem Job. Wir versuchen, Probleme zu lösen.“
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Hofmann sagt in seinem Grußwort über Darmstadt: „Und wo lässt sich besser über Details nachdenken und diskutieren als im Herrngarten, der nur einen Katzensprung vom Institut für Kernphysik entfernt ist? Es war eine ruhige, ja beschauliche Stimmung, die mich da umgab. Ich denke, es ist die Symbiose von Stadt und Land, was nur möglich sein kann, wenn eine Stadt eine gewisse kritische Größe nicht überschreitet. Und das ist es, was Darmstadt für mich so liebenswert macht.“
17. Mai 2013, Auf der Jagd nach schweren Elementen, Darmstädter Echo
Warum eigentlich "Darmstadtium"?, Grußwort Sigurd Hofmann
Erzeugung neuer Elemente bei GSI
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Die Auszeichnung wird seit dem Jahr 1996 von der ERRS verliehen und ist nach den Forschern Zénon Marcel Bacq und Peter Alexander benannt. Bacq war ein belgischer Strahlenbiologe des 20. Jahrhunderts, der unter anderem Möglichkeiten des chemischen Schutzes vor ionisierender Strahlung erforschte. Gemeinsam mit Alexander war er Editor des Buchs "Fundamentals of Radiobiology".
]]>Aktuell gelang die Massenmessung der Isotope Calcium-53 und Calcium-54. Sie wurden mithilfe eines Beschleunigers erzeugt und anschließend im ISOLTRAP-Aufbau gewogen. Calcium hat eine geschlossene Protonenschale und eignet sich daher besonders gut als Studienobjekt für die Bindungskräfte innerhalb des Atomkerns. An verschiedenen Calcium-Isotopen lässt sich die Entwicklung der Kernschalen von stabilen Elementen im Tal der Stabilität bis hin zur Grenze der Nuklidkarte ausloten. Die beiden gemessenen Isotope haben eine besonders hohe Zahl an Neutronen im Kern, befinden sich also nahe der Grenze. Die Messungen zeigen einen neuen Schalenabschluss bei einer Neutronenzahl von 32, wie es auch von theoretischen Berechnungen von Forschern der Technischen Universität Darmstadt, unterstützt vom ExtreMe Matter Institute EMMI bei GSI, vorhergesagt wurde.
An den Experimenten beteiligt waren GSI, CERN, das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg sowie die Universitäten Dresden, Greifswald, Istanbul (Türkei), Leuven (Belgien) und Orsay (Frankreich).
Wissenschaftliche Veröffentlichung im Fachmagazin "Nature"
Pressemitteilung der Technischen Universität Darmstadt
]]>"Mit Prof. Dr. Horst Stöcker erhält eine ganz besondere Persönlichkeit den Hessischen Verdienstorden: Ein Vollblut-Wissenschaftler mit Weitsicht und innovativen Ideen, zugleich gesellschaftlich engagiert, der mit seiner offenen und gewinnenden Art eine breite Öffentlichkeit für Wissenschaft und Forschung begeistert," sagte Kühne-Hörmann heute bei der Übergabe der von Ministerpräsident Volker Bouffier verliehenen Auszeichnung. Sie fügte hinzu: "Sie sind ein Sympathieträger für Hessen und haben sich nicht zuletzt mit Ihrer unverwechselbaren Art um das Land Hessen in beeindruckender und bleibender Weise verdient gemacht," hieß es in der Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst.
Den Hessischen Verdienstorden verleiht Ministerpräsident Bouffier an Bürger, die sich in außergewöhnlichem Maße für das Land Hessen und seine Bevölkerung einsetzen. Horst Stöcker habe sich nicht nur als Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI verdient gemacht, indem er die Voraussetzungen für den Bau der Beschleunigeranlage FAIR geschaffen habe, so Kühne-Hörmann. Der gebürtige Frankfurter war auch Vizepräsident der Goethe-Universität und der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Außerdem habe er sich für die Ausbildung von hochqualifiziertem Nachwuchs engagiert.
Neben Stöcker sind Hessen wie Astronaut Thomas Reiter und Literaturkritiker Marcel Reich-Ranicki Träger des Hessischen Verdienstordens. Und auch von GSI gibt es bereits mehrere Preisträger: Peter Armbruster bekam die Auszeichnung im Jahr 1995 für die Entdeckung neuer Elemente und Walter Henning wurde 2004 für seine Tätigkeit als Geschäftsführer geehrt.
Pressemitteilung des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst
]]>„Die Zukunftsfähigkeit unseres Wissenschaftsstandorts zeigt sich auf eindrucksvolle Weise bei der GSI: Mit modernster Technik enthüllen Wissenschaftler aus aller Welt die Geheimnisse des Universums und liefern gleichzeitig bahnbrechende Forschungsgrundlagen etwa für die Krebstherapie“, so Bouffier. Im Rahmen der Aktionswochen Forschung hat der Regierungschef die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH besucht. Bei seinem Rundgang informierte sich der Ministerpräsident unter anderem über den Fortschritt beim Bau der internationalen Forschungsanlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) und sprach mit Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftlern über ihre Arbeit.
Durante erhält den Preis für seine "herausragenden und wegweisenden Beiträge zur Forschung im Bereich der Strahlungs-Biophysik, die Arbeiten zu Radiobiologie in klinischer Umgebung und im Weltall und über genetische Schädigung durch Teilchenstrahlung und entsprechende Therapien beinhalten, sowie für seine wertvollen Aktivitäten in der Wissenschaftsgemeinde", so das Preiskomitee.
Der Preis wird morgen, am 7. Juni 2013, im Rahmen der Internationalen Kernphysik-Konferenz 2013 in Florenz, Italien, übergeben.
]]>Video: Durchleuchtung einer Maus mit schnellen Protonen - Längsschnitte
Video: Durchleuchtung einer Maus mit schnellen Protonen - Querschnitte
]]>Fortov erhielt den Preis für seine bahnbrechenden Arbeiten zu thermischen und elektrischen Eigenschaften von Flüssigkeiten und anderen Materialien. Er untersucht quasikristalline Strukturen in Plasmen, Experimente fanden beispielsweise auf den Raumstationen Mir statt und werden auf der Internationalen Raumstation ISS fortgesetzt.
Fortov ist Vorsitzender des Beratungsausschusses für den PHELIX-Laser bei GSI und russischer Delegierter des FAIR Council sowie Ehrendoktor der Goethe-Universität Frankfurt.
]]>Download von "target" – Ausgabe 9, April 2013 (PDF, 5,9 MB)
"Wir freuen uns mit RaySearch einen starken Partner im Bereich der Therapieplanungssysteme gefunden zu haben", sagt Michael Scholz, Leiter der GSI-Forschungsgruppe Biologische Modellierung, die das LEM entwickelt hat. "Ionenstrahltherapiezentren können so dauerhaft und zuverlässig mit den neuesten biophysikalischen Modellen versorgt werden, um die Behandlungsplanung zu optimieren. Wir hoffen, dass dies der Beginn einer langfristigen Kooperation ist, die den Weg zwischen aktueller Grundlagenforschung und klinischer Anwendung verkürzen wird", so Scholz weiter.
Um möglichst viele Krebszellen durch Bestrahlung abzutöten und gesundes Gewebe so weit wie möglich zu schonen, muss die Behandlung genau geplant sein. Das LEM ermöglicht die Berechnung der optimalen Behandlungsdosis für Ionenstrahlen aller Art und wurde bei der Therapie mit Kohlenstoff-Ionen an der GSI-Beschleunigeranlage bereits erfolgreich eingesetzt.
Die Wissenschaftler nutzen als Grundlage für ihr Modell zwei wesentliche Informationen: zum einen die Kenntnis über die Zerstörung von Tumorzellen durch konventionelle Röntgenstrahlen, zum anderen die Kenntnis der nanometergenauen Verteilung der Dosisdeposition innerhalb einzelner Ionenspuren beim Durchgang durch die Zellen. Aus der Kombination dieser beiden Informationen können sie mithilfe des LEM Vorhersagen über die Wirkung von Ionenstrahlen auf Zellen und Gewebe machen.
Um die Qualität des LEM zu testen, verglichen die Wissenschaftler die Vorhersagen mit zahlreichen an verschiedenen Beschleunigeranlagen durchgeführten Experimenten. Sie konnten zeigen, dass sich die biologische Wirksamkeit der Bestrahlung damit präzise berechnen lässt. Das LEM ist mittlerweile etabliert, und die Algorithmen und das Know-how, die das Modell ausmachen, integriert RaySearch nun in sein Modul zur Optimierung von Bestrahlungsplänen für die Ionenstrahltherapie.
Das an der GSI entwickelte Verfahren zur Tumortherapie mit Ionenstrahlen ist ein sehr genaues, hochwirksames Therapieverfahren und fast ohne Nebenwirkungen. Es eignet sich vor allem für tief im Körper liegende Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie z.B. dem Hirnstamm. Diese Therapie wurde von 1997 bis 2008 an der GSI-Beschleunigeranlage bei rund 450 Patienten eingesetzt und zur klinischen Reife gebracht. Die Tumorkontrollrate liegt je nach Art des Tumors zwischen 75 und 90 Prozent. Die erste rein klinische Anlage am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum wurde von GSI entwickelt und von GSI gemeinsam mit industriellen Partnern gebaut. Sie hat im Jahr 2009 den Patientenbetrieb aufgenommen. Bisher wurden dort über 1200 Patienten behandelt. Mit diesem Verfahren werden Patienten außerdem im Ionenstrahltherapiezentrum in Pavia (Italien) und in Kürze auch in Shanghai behandelt. Therapie mit Ionenstrahlen gibt es sonst nur noch in Japan und Lanzhou (China), wo mit einer anderen Bestrahlungstechnik behandelt wird.
Seit seiner Entdeckung im Jahr 2005 durch das BaBar-Experiment am SLAC National Laboratory in Stanford, USA, hat das Y(4260)-Teilchen viele Fragen über seine Struktur und die dafür verantwortliche Wechselwirkung aufgeworfen. Während andere ähnliche Teilchen erfolgreich als Bindungszustand von Charm- und Anti-Charm-Quarks erklärt werden konnten, schlug jeder Versuch auch das Y(4260) in dieses Schema einzuordnen fehl und seine innere Struktur ist wie seit jeher ungeklärt.
Ende Dezember 2012 hat das BESIII-Team ein wissenschaftliches Programm zur Untersuchung des Y(4260)-Teilchens gestartet und eine große Zahl davon durch Annihilation von Elektronen und Positronen bei einer der Teilchenmasse korrespondierenden Gesamtenergie erzeugt. Einmal erzeugt zerfallen die Teilchen schnell und die Zerfallsprodukte werden im BESIII-Detektor nachgewiesen. Dabei wurde das Zc(3900)-Teilchen) entdeckt.
Die ungewöhnlichen Charmonium-Teilchen, wie etwa das Y(4260) und nun auch das Zc(3900), gehören zu einer neuen Klasse kürzlich entdeckter subatomarer Teilchen, den XYZ-Zuständen, die neue Sichtweisen auf die starke Wechselwirkung, sowie Quarks und Gluonen werfen. In der allgemein akzeptieren Theorie, der Quantenchromodynamik, gibt es mehr Möglichkeiten Teilchen zu generieren als nur jene simplen Bindungszustände aus Quarks und Antiquarks, zum Beispiel auch “Tetraquarks” oder molekülartige Mesonen, die in etwa mit dem Deuteron in der Kernphysik vergleichbar sind. Genau dies ist auch die momentan von der Fachwelt favorisierte Erklärung für die Zc-Teilchen.
Die einzigartige Energieauflösung des PANDA-Experiments an FAIR wird die entgültige Entschlüsselung der Struktur von exotischen Mesonen wie dem Zc(3900) erlauben und so unser fundamentales Verständnis der QCD und der Vielfalt der in dieser Theorie realisierten Teilchen entscheidend voranbringen.
Zusammen mit einem anderen ungewöhnlichen Teilchen, dem X(3872) könnte das Zc(3900) Teil einer Gruppe von Teilchen ähnlicher Masse und Struktur sein (Multiplet), was einen experimentellen Durchbruch zur Physik exotischer Hadronen darstellt. Das Beijing Spectrometer (BESIII)-Experiment am Beijing Electron Positron Collider wird von 350 Physikern von 50 Institutionen aus elf Ländern betrieben.
Wie schwingen die Wellen der Röntgenstrahlung? Das beschäftigt Thomas Stöhlker, Leiter der Atom- und Plasmaphysik bei GSI und des Helmholtz-Instituts Jena. Elektromagnetische Strahlung, die entweder aus dem Universum eingefangen wird oder bei einem Beschleuniger-Experiment entsteht, kann man – wie das Licht in einem Prisma – entsprechend ihrer Wellenlänge analysieren. Das gibt zum Beispiel Aufschluss darüber wie die Atome in einem Experiment angeregt wurden. Doch bei einer Supernova und in manchen Beschleunigerexperimenten entsteht vor allem hochenergetische Röntgenstrahlung, die auf Grund ihrer kurzen Wellenlänge für herkömmliche Geräte schwer analysierbar ist. „Hier hilft unser Polarimeter weiter, um herauszufinden, was die Strahlung verursacht“, so Stöhlker. „Denn je nachdem, durch welchen Mechanismus oder durch welches Ereignis auf atomarer Ebene die Röntgenstrahlung erzeugt wurde, schwingt die Welle in unterschiedlicher Richtung.“
Mit der neuen Teilchenbeschleunigeranlage FAIR werden Wissenschaftler astrophysikalische Vorgänge im Kleinen erzeugen und mit dem Polarimeter vermessen. „Die Ergebnisse helfen uns Ereignisse im All, die wir mit Teleskopen beobachten, richtig zu verstehen“, sagt Stöhlker.
Um die Polarisation zu messen, machen sich die Wissenschaftler den Compton-Effekt zu nutze. Der Detektor besteht aus einem großen Siliziumkristall, der in viele kleine Segmente unterteilt ist. Röntgenstrahlung besteht aus Photonen. Trifft eines auf den Kristall, gibt das Photon Energie an ein Elektron ab, das sich in der Hülle eines Siliziumatoms befindet. Doch nur ein Teil der Energie wird in dem Stoß übertragen, daher bewegt sich das Photon anschließend mit geringerer Energie in anderer Richtung fort. Da die Detektor-Pixel sehr klein sind, wird das gestreute Photon in einem der benachbarten Pixel gestoppt, so dass seine Bahn genau verfolgt wird. Der Streuwinkel und die Energie des Photons sind dabei die entscheidenden Informationen für die Forscher. Daraus lässt sich sowohl der Grad der Polarisation als auch die Polarisationsachse ablesen.
„An PETRAIII bei DESY, eine der modernsten Photonenquellen, haben wir unseren Detektor getestet. Dort entsteht harte RöntgenstrahlungNews, die fast zu hundert Prozent polarisiert ist. Das half uns, unser Messgerät einzustellen“, erklärt Stöhlker. Die Wissenschaftler veröffentlichten in Physical Review Letters, dass sie aus der Polarisation der beim Abbremsen von Elektronen emittierten Röntgenstrahlung erstmals auf sonst verborgene Eigenschaften der Elektronen Rückschlüsse ziehen konnten. „Das Polarimeter haben wir vor allem für atomphysikalische Experimente der SPARC-Kollaboration an der neuen Beschleunigeranlage FAIR entwickelt. Diese Kollaboration für Atomphysik an gespeicherten Teilchen kann damit nun polarisationsabhängige Phänomene genau untersuchen, wie sie auf atomarer und subatomarer Ebene auftreten“, fasst Stöhlker die Bedeutung des neuen Polarimeters zusammen.
In Gesteinsproben aus dem Meteoritenschauer, der am 15. Februar 2013 über Tscheljabinsk, Russland, niederging, haben GSI-Wissenschaftler kleine Mengen der Elemente Darmstadtium und Hassium gefunden. Diese Elemente wurden damit nicht nur zum ersten Mal in der Natur nachgewiesen, sie sind auch stabiler als die künstlich hergestellten Isotope.
Im Universum existieren Spuren der bisher ausschließlich künstlich erzeugten superschweren Elemente Darmstadtium und Hassium. Das stellten GSI-Wissenschaftler fest, die die Elemente in Proben des sogenannten Meteoriten von Tscheljabinsk fanden. Meteoriten sind Überbleibsel von Planeten und Monden aus der Frühzeit des Alls. Kurz nach dem Meteoriteneinschlag hatten Mitglieder der russischen Akademie der Wissenschaft kleinste Gesteinsbrocken am Tschebarkul-See gefunden. Chemische Analysen bestätigten, dass es sich um Material aus dem Weltall, genauer reguläre Chondriten, handelte. Sie vermuteten weitere Teile des Meteoriten im See.
Knapp zwei Wochen nach dem Einschlag stießen Taucher auf einen Einschlagskrater am Grund des Tschebarkul-Sees und brachten weitere Gesteinsproben an die Oberfläche. Diese unterschieden sich von den regulären Chondriten. Spektralanalysen zeigten den russischen Wissenschaftlern unbekannte Linien, die auf superschwere Elemente hinwiesen. Diesem Verdacht folgend schickten sie Proben zu GSI, um dort Vergleiche mit den Daten der künstlich hergestellten superschweren Elemente zu ermöglichen.
„Der Fund ist eine Sensation. Wir hätten nie für möglich gehalten, dass wir langlebige superschwere Elemente in der Natur finden können“, so Dr. Michael Block aus der Forschungsabteilung "Superschwere Elemente" bei GSI. Er und seine Kollegen aus Materialforschung und der Superschwere-Elemente-Physik unterzogen die Proben verschiedenen Tests.
In der GSI-Materialforschung wurden Spektren und Aufnahmen der Oberflächen mit dem Elektronenmikroskop erstellt. Anschließend wogen die Wissenschaftler einzelne Atomkerne aus dem Meteoriten mit der Ionenfallenanlage SHIPTRAP bei GSI. Die Ergebnisse bestätigten, dass es sich um Isotope der Elemente 110 (Darmstadtium) und 108 (Hassium) handelte. „Überrascht hat uns vor allem die lange Halbwertszeit der Isotope“, so SHIPTRAP-Experte Block. „Die Hassium-Isotope, die wir mit dem Linearbeschleuniger hergestellt haben, zerfielen bereits nach Sekunden. Doch die neuen Isotope scheinen eine besondere Kernstruktur zu haben, die zu einer erhöhten Stabilität führt . Woran das liegt, werden wir in weiteren Tests untersuchen.“
Die Elemente Hassium und Darmstadtium wurden erstmals in den Jahren 1997 bzw. 2003 künstlich bei GSI erzeugt. Sie sind nach dem Land Hessen (lat. Hassia) und der GSI-Sitzstadt Darmstadt benannt. Bisher waren nur Isotope bekannt, die nach Sekunden oder Sekundenbruchteilen wieder zerfielen. Daher nahm man an, dass die beiden Elemente auf der Erde nicht natürlich vorkommen. Der Meteoritenfund legt nahe, dass Darmstadtium und Hassium vielleicht auch industriell abgebaut oder in größeren Mengen am Beschleuniger erzeugt werden könnten. Dies würde die Möglichkeit für Werkstoffe aus den beiden Elementen bzw. aus chemischen Verbindungen mit anderen Stoffen eröffnen. Aus früheren Experimenten ist bereits bekannt, das Hassium und sehr wahrscheinlich auch Darmstadtium die Eigenschaften eines Metalls aufweisen. In weiteren Tests wollen die GSI-Wissenschaftler daher vor allem die chemischen Eigenschaften der Elemente weiter untersuchen.
]]>In mehreren Lkw-Lieferungen wurde der CRYRING aus Stockholm zu GSI gebracht. Er soll im Winter 2013/14 aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Die Forscher planen, den CRYRING in einem bestehenden GSI-Experimentierplatz aufzustellen, der im kommenden Sommer passend umgebaut wird. Die GSI-Beschleunigeranlage dient als Injektor für den CRYRING. Teil der CRYRING-Lieferung ist außerdem eine eigene Ionenquelle. Diese ermöglicht eine eigenständige Nutzung beispielsweise für Experimente und Tests von FAIR-Komponenten während die GSI-Anlage nicht verfügbar ist.
"Am CRYRING wird das neue Beschleunigerkontrollsystem für die FAIR-Anlage zum ersten Mal zum Einsatz kommen", berichtet Dr. Frank Herfurth aus der Abteilung "Decelerators" im Projektbereich FAIR@GSI. Er leitet den "CRYRING"-Aufbau bei GSI. "An diesem unabhängigen Ring können wir das System testen und optimieren, ohne den Betrieb der GSI-Beschleuniger zu beinträchtigen, bevor es an der gesamten FAIR-Anlage zum Einsatz kommt."
"Langfristig soll der CRYRING auch von der FAIR-Anlage gespeist werden, also auch mit Antiprotonen", erklärt Dr. Michael Lestinsky, der stellvertretende Leiter des Projekts aus der Abteilung "Atomphysik". "Das erlaubt die detaillierte Untersuchung fundamentaler Wechselwirkungen und Symmetrien in exotischen Systemen, langsamen, hochgeladenen Ionen und Antiprotonen."
Im Ring können Ionen bei geringen und mittleren Energien zur Kollision mit Materialproben gebracht werden. Der CRYRING schließt damit eine Energielücke innerhalb der bereits existierenden GSI-Anlagen. Er ermöglicht die Beobachtung von langsamen Stößen der gespeicherten Ionen mit Elektronen, Photonen oder Gasatomen, die vor allem für Experimente in der Atomphysik, aber auch für die Materialforschung, Plasma- und Kernphysik interessant sind. Vergleichbare Stöße treten zum Beispiel in astrophysikalischen Umgebungen auf und können so im Labor nachgestellt werden, um Rückschlüsse auf die Vorgänge im Weltall zu gewinnen.
Technische Besonderheiten des CRYRINGs sind ein leistungsstarker Elektronenkühler sowie ein hohes Vakuum, das durch eine Vielzahl von sogenannten Gettermodulen erreicht wird, Getter sind Spezialmaterialien, die Gasteilchen festhalten und so dem Restgas entziehen. Eine Angliederung an die GSI-Beschleunigeranlage im Rahmen des FAIR-Projekts ermöglicht den Wissenschaftlern neue Forschungsmöglichkeiten mit intensiven Strahlen schwerer hochgeladener Ionen, die in Schweden nicht zur Verfügung standen.
Der Ring und der Transport zu GSI wurden von Schweden finanziert. Ebenfalls unterstützt Schweden den Aufbau bei GSI mit Personal. Weitere Projektpartner sind das niederländische Kernfysisch Versneller Institut (KVI) in Groningen sowie das Helmholtz-Institut Jena.
Die Teilnehmer identifizierten vier mögliche Kooperationsfelder, die zum Abschluss vorgestellt wurden:
„Wir sehen großes Potenzial, bestimmte Gebiete der Weltraumforschung in die neue Beschleunigeranlage einzubeziehen“, konstatierte Professor Boris Sharkov, wissenschaftlicher Geschäftsführer bei FAIR.
Bereits seit 2008 arbeiteten Expertenteams der ESA aus den Niederlanden (ESA/ESTEC), aber auch aus Darmstadt (ESA/ESOC), mit der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt auf dem Gebiet der Radiobiologie und der Dosimetrie zusammen. „Wir untersuchen Möglichkeiten, diese Zusammenarbeit auch am neuen Beschleunigerzentrum fortzusetzen. Gerade die Radiobiologie, die sich mit den Auswirkungen der kosmischen Strahlung auf den menschlichen Organismus befasst, ist eine wichtige Vorbereitung für langfristig geplante bemannte Missionen zum Mond und darüber hinaus“, betonte ESA-Direktor Reiter, selbst ehemals Astronaut auf der ISS-Raumstation sowie auf der russischen MIR-Station.
Die umfangreichen Fachgespräche im Rahmen des Workshops haben den Experten beider Seiten geholfen festzustellen, welche Anforderungen ESA an die anwendungsnahe Forschung am neuen Teilchenbeschleuniger heute hat und auch in Zukunft entwickeln könnte. Im Anschluss an den Workshop besichtigten die Fachleute der ESA die Beschleunigeranlage der GSI.
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Penningfallen sind im Prinzip sehr genaue Waagen, mit denen sich seltene Teilchen hochpräzise messen lassen. Grundsteine für dieses Verfahren legte Professor Heinz-Jürgen Kluge von GSI. Michael Block arbeitet regelmäßig mit der Penningfalle und hat gerade sehr schwere Atomkerne im Bereich der magischen Neutronenzahl N=152 gewogen. So konnten er und sein Team die Bindungsenergie messen, die durch die Schaleneffekte auftritt. Professor Klaus Blaum vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg und Professor Yuri Novikov vom St. Petersburger Institut für Kernphysik in Russland haben Penningfallen für eigene Experimente weiterentwickelt und erhalten dafür ebenfalls den Ferlov-Preis.
In einer Penningfalle, wie SHIPTRAP, lässt sich durch die Überlagerung elektrischer und magnetischer Felder ein einzelnes Ion speichern, das darin eine charakteristische Kreisbewegung mit der sogenannten Zyklotronfrequenz ausführt. Aus der Messung dieser Frequenz kann man die Masse des Ions mit sehr hoher Präzision bestimmen, sofern Ladungszustand und Magnetfeldstärke bekannt sind. Basierend auf Einsteins Prinzip der Masse-Energie-Äquivalenz bestimmen die Forscher damit Kernbindungsenergien von Nukliden, die zum Beispiel für die Existenz der schwersten Elemente entscheidend sind.
Der Flerov-Preis wird in einer feierlichen Zeremonie am 24. Mai 2013 in Dubna, Russland an die vier Preisträger verliehen. Die Auszeichnung wird alle zwei bis drei Jahre vergeben und erinnert an Georgi Nikolajewitsch Fljorow, der ab den 1950er Jahren wesentliche Beiträge zur Synthese neuer superschwerer Elemente leistete. Nach ihm ist auch Element 114 benannt: Flerovium. Dieses Jahr wurden die Gewinner an Fljorows 100. Geburtstag im März bekannt gegeben.
10.08.2012 | Erstmals Schaleneffekte in den schwersten Elementen direkt gemessen
]]>Für die geplante Errichtung des Kantinengebäudes sowie den ersten Abschnitt für ein neues Bürozentrum mit insgesamt 2.660 Quadratmetern Nutzfläche wurde ein interdisziplinärer Planungswettbewerb europaweit ausgeschrieben. Insgesamt 80 Teams aus Architekten und Haustechnikplanern hatten sich um die Teilnahme beworben. Zwölf Teilnehmer wurden aus dem Bewerberfeld zur Teilnahme ausgewählt. Im Dezember 2012 kürte die Jury bestehend aus Vertretern der GSI, des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, der Stadt Darmstadt und externen Experten zwei Finalisten, aus denen nach einer Überarbeitung der Entwürfe der Gewinner bestimmt werden sollte. Im Februar 2013 kam das Preisgericht unter dem Vorsitz des Architekten Ferdinand Heide aus Frankfurt erneut zusammen und wählte das Büro Muffler Architekten, Tuttlingen, gemeinsam mit Kaufer + Passer Ingenieure auf den ersten Platz.
Ausgehend von einem eingeschossigen, lichtdurchfluteten Kantinenpavillon, der sich der Eingangspforte zuwendet, entwickelten die Muffler Architekten mit Kaufer + Passer Ingenieure einen insgesamt viergeschossigen, kammartig organisierten Büroriegel, der attraktive Arbeitsplätze anbietet. Für die zweite Runde überarbeitete das Architekturbüro Muffler das Konzept: Durch eine effizientere Flächenausnutzung und eine teilweise geänderte Raumaufteilung gegenüber dem ursprünglich eingereichten Vorschlag konnte eine Volumenreduzierung erreicht werden. Die Umgestaltung des Kantinenbereichs ermöglicht eine größere Flexibilität des Speiseraums und eine bessere Organisation der Küche. Die Geländebeschaffenheit wird durch eine Teilunterkellerung nun besser ausgenutzt.
Das Preisgericht entschied sich für den Entwurf von Muffler Architekten, da er das stärkere architektonische Konzept aufwies. Der Entwurf ermöglicht eine flexible Erweiterung um Büroflächen für die Zukunft. Auch lassen sich verschiedene Organisationskonzepte in den Büroräumen umsetzen, der Entwurf bietet insgesamt bessere Arbeitsplatzqualitäten.
Die Architekten Glück + Partner GmbH, Stuttgart mit IWP Ingenieurbüro für Systemplanungen erhielten den zweiten Platz. Für bemerkenswerte Teilleistungen wurden bereits im Dezember 2012 den nachfolgende Teilnehmern Anerkennungen ausgesprochen:
Bei GSI entsteht das neue Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der weltweit größten Projekte in der Grundlagenforschung. Schon heute sind knapp 3.000 Wissenschaftler weltweit damit beschäftigt die Experimente zu konzipieren und zu bauen, um später damit an der FAIR-Anlage zu forschen. Auch die Mitarbeiterzahl auf dem GSI-Gelände hat sich in den letzten 15 Jahren fast verdoppelt und beträgt aktuell 1.200. Deshalb sind neue Infrastruktureinrichtungen wie Kantinen- und Bürogebäude nötig.
]]>Meldung des Max-Planck-Instituts für Kernphysik (19.02.2013)
]]>Die gemessenen Kerne spielen in der Elemententstehung in Sternen eine Rolle. Beispielsweise kann es in Doppelsternsystemen zu explosiven Ereignissen kommen, sog. "x-ray bursts". Darin findet über den Einfang von freien Protonen die Bildung neuer Elemente statt. Die Produktionswege sind jedoch noch teilweise unklar. Durch die Massenmessung des Chrom-Nuklids 45Cr am Speicherring in Lanzhou konnte nun gezeigt werden, dass einer fortlaufenden Nukleosynthese in neutronenarmen Kernen von Calcium bis Chrom kein Hindernis entgegensteht. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Die Zusammenarbeit von GSI, dem Helmholtzinstitut Jena und dem Institute of Modern Physics (IMP) in Lanzhou wird in Zukunft entscheidend verstärkt durch die erfolgreiche Zuteilung einer „Helmholtz-CAS Joint Research Group“. Die leitenden Wissenschaftler sind Dr. Yuri Litvinov (GSI), Professor Thomas Stöhlker (HI Jena) und Professor Xinwen Ma (IMP).
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Während der letzten Jahre war Fritzsche an der Oulu Universität in Finnland und am Frankfurt Institute of Advanced Studies (FIAS) tätig, wo seine Schwerpunkte bei der Struktur und Dynamik endlicher Quantensysteme lagen und mit Anwendungen vor allem in der optischen sowie der Atom- und Kernphysik. Diese Themen sind besonders relevant für die beiden Forschungsprojekte FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt und XFEL (X-Ray Free-Electron Laser) am DESY in Hamburg.
In den kommenden Jahren wollen Fritzsche und seine Arbeitsgruppe neue Methoden entwickeln, mit denen sich die Dynamik der Elektronen in Ionen, Atomen und Plasmen in starken Feldern besser modellieren läßt.
]]>Dickel erhielt den Preis für seine Arbeiten im Bereich der Flugzeit-Massenspektrometrie. In seiner Diplom- und Doktorarbeit baute der nun als Post-Doc bei GSI beschäftigte Forscher mit seinen Kollegen gemeinsam einen Analysator auf, mit dem sich hochpräzise die Masse von Atomkernen bestimmen lässt. Dazu werden die Kerne in dem Analysator mehrfach zwischen zwei elektrostatischen Spiegeln reflektiert, um den massenabhängigen Flugzeitunterschied zu vergrößern. Anschließend können die Kerne in einem Messaufbau nachgewiesen werden. Selbst Kerne mit nur minimalen Massenunterschieden können so separiert und untersucht werden.
Aktuell steht ein Aufbau an der Universität Gießen, ein weiterer ist am GSI-Fragmentseparator im Einsatz. Die geringe Baugröße des Giessener Gerätes von kleiner einem Kubikmeter erlaubt vielfältige neuartige Nutzungsmöglichkeiten. Beispielsweise arbeitet das Team an einer Technik zur sekundenschnellen Identifizierung von Tumorgewebe in der Chirurgie. Auch ein Einsatz auf einem Satelliten wäre denkbar.
]]>"Ohne meine Kollegen und die erstklassigen Forschungsmöglichkeiten bei GSI wäre das nicht möglich gewesen", erklärt Hans Geissel. "Besonderen Dank schulde ich unserem kürzlich verstorbenen ehemaligen Geschäftsführer Professor Paul Kienle, der den Bau des Fragmentseparators FRS und das Forschungsprogramm ermöglicht und bei vielen Experimenten, besonders bei der Kopplung mit dem Speicherring, persönlich bis vor kurzem aktiv mitgewirkt hat." Geissel ist Professor an der Universität Gießen und leitet die Forschung am GSI-Fragmentseparator, mit dem die meisten neuen Atomkerne gemessen wurden. Auch an der Planung für den Super-Fragmentseparator an der neuen Beschleunigeranlage FAIR ist er maßgeblich beteiligt. "Mit dem Super-FRS an FAIR werden wir innerhalb kürzester Zeit viele neue Atomkerne erzeugen und deren Eigenschaften messen. Wir sind zuversichtlich, dass wir mit FAIR den Weltrekord weiter verbessern werden. Wir arbeiten hart daran, dass die Anlage schnell fertiggestellt wird und für unsere internationale Forschung zur Verfügung steht."
"Für die Entdeckung eines neuen Atomkerns ist die Veröffentlichung von gemessener Masse und Ladung entscheidend. Hat ein Wissenschaftler diese beiden Kennzahlen experimentell ermittelt, gilt das als Beleg und wir nehmen ihn in die Liste auf", sagt Michael Thoennessen, der in seinem Forschungsprojekt, dem "Discovery of Isotopes Project", Statistiken über die Entdeckungsgeschichte von Atomkernen erstellt. Gemeinsam mit seinen Studenten hat Thoennessen von allen Atomkernen die Entdecker sowohl nach Person als auch nach Labor anhand von wissenschaftlichen Fachpublikationen zusammengetragen. Platz zwei der Liste wird von Professor Marek Pfützner von der Universität Warschau belegt, der stark an den GSI-Experimenten beteiligt ist. Gottfried Münzenberg war Professor der Universität Mainz und GSI-Forscher und liegt nun auf Platz drei. Aus der Liste der Top 25 haben 22 Atomkern-Entdecker unter anderem bei GSI geforscht. Die neuen Ergebnisse von Geissel und seinen Kollegen wurden in der Fachzeitschrift Physics Letters B 2012 veröffentlicht.
"Hans Geissel ist ein herausragender Pionier der Jagd nach neuen Atomkernen, die in Sternexplosionen im Kosmos erzeugt werden. Er hat das Verständnis vom 'Leben und Vergehen' der Sterne durch seine Messungen in unserem GSI Helmholtzzentrum weit vorangetrieben", sagt Professor Karlheinz Langanke, GSI-Forschungsdirektor und theoretischer Physiker an der Technischen Universität Darmstadt.
Alle Materie auf der Erde ist aus Atomen aufgebaut. Atome, die dieselbe elektrische Ladung im Atomkern besitzen, werden als ein chemisches Element klassifiziert. Bislang sind 114 chemische Elemente bekannt. Von jedem Element gibt es verschiedene Sorten, die so genannten Isotope, deren Atomkerne zwar dieselbe elektrische Ladung besitzen, die sich jedoch durch ihre Masse unterscheiden. Die Entdeckung eines neuen Atomkerns entspricht somit der Entdeckung eines neuen Isotops. Insgesamt haben die Forscher über 3 000 Isotope beobachtet, weitere tausend unbekannte sind vorausgesagt.
Besonderes Interesse haben die Wissenschaftler an sehr schweren Isotopen eines Elements. Sie spielen zum Verständnis der Elemententstehung in Sternen und Sternexplosionen eine große Rolle. Aufgrund ihrer Kurzlebigkeit kommen sie jedoch auf der Erde nicht natürlich vor. Die Wissenschaftler versuchen deshalb, sie im Labor künstlich zu erzeugen. Dazu beschleunigen sie Atomkerne und schießen sie auf verschiedene Materialien. Beim Aufprall entstehen die neuen Isotope als Fragmente. Mithilfe des Fragmentseparators bei GSI können sie gezielt aussortiert und untersucht werden.
https://www.nscl.msu.edu/~thoennes/isotopes/
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269312009689
<link start aktuelles detailseite datum entdeckung-von-atomkernen-gsi-wissenschaftler-halten-weltrekord.htm external-link-new-window>
]]>Der 100 000ste Besucher war Nico Hengster, der mit seiner Berufsschulklasse der Werner-von-Siemens-Schule aus Frankfurt zu Besuch war. Er wurde aus den etwa zwanzig Mitschülern durch ein Quiz ermittelt. Die Schüler mussten schätzen wie groß die Gesamtlänge der Strahlführungsrohre der FAIR-Anlage ist. Die richtige Antwort lautet 7 123 Meter. Nico Hengster bekam zur Erinnerung an seinen Besuch eine Urkunde und eine sondergefertigte GSI-Tasche überreicht. Alle anderen Schüler erhielten ein kleines Geschenk.
Das Besucherprogramm besteht aus einem Einführungsvortrag und einem geführten Rundgang zu ausgewählten Forschungsstationen. Die Besucher können die einzigen Teilchenbeschleuniger weltweit besichtigen, mit denen alle Elemente auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden können. Auch der Experimentierplatz, an dem neue chemische Elemente entdeckt wurden, darunter Darmstadtium, das Element 110, sowie der Behandlungsraum, in dem mit einem neuen Verfahren erstmals Krebspatienten mit Kohlenstoff-Ionen therapiert wurden, gehören neben weiteren Stationen zum Rundgang. Darüber hinaus können sie das Baufeld für die zukünftige internationale Beschleunigeranlage FAIR besichtigen, die an die bestehenden GSI-Beschleuniger angeschlossen werden wird.
Die Betreuung der Besucher erfolgt immer durch eigene GSI- oder FAIR-Mitarbeiter. Sie passen sich an die Vorkenntnisse der jeweiligen Gruppe an und halten das Niveau verständlich. Die Rückmeldungen sind mit großer Mehrheit sehr gut. In einer Umfrage unter allen Besuchern im Jahr 2006 bewerteten die Teilnehmer das Besuchsprogramm mit der Schulnote 1,4.
Zusätzlich zu dem Besuchsprogramm gibt es noch eine weitere Reihe von Angeboten für die Öffentlichkeit, wie Tage der offenen Tür, Schülerpraktika, Girls' Day, Masterclass und das Schülerlabor, in das bis zu dreimal wöchentlich Schulklassen kommen, um dort einen Tag lang eigenständig Experimente mit modernsten Messgeräten und -methoden durchzuführen. In der öffentlichen Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" können sich Interessierte einmal monatlich zu wissenschaftlichen Themen rund um GSI und FAIR informieren.
Informationen rund um das Besuchsprogramm gibt es im Web unter:
www-dev.gsi.de/besucher
Zum ersten Mal hat die Helmholtz-Gemeinschaft exzellente junge Forscherinnen und Forscher dazu aufgefordert, sich für das Postdoktoranden-Programm zu bewerben. Am 7. Dezember 2012 wurden die 37 Stipendiaten bekannt gegeben. Unter ihnen Dr. Renate Märtin, die am Helmholtz-Institut Jena forscht. Sie arbeitet an einem neuen Detektor, der jetzt bei GSI an der Ionenfalle HITRAP und in Zukunft an den Speicherringen von FAIR eingesetzt wird. Auch im Frühjahr 2013 haben alle, die in den letzten 12 Monaten eine herausragende wissenschaftliche Promotion im In- oder Ausland abgeschlossen haben, die Chance sich zu bewerben.
]]>Als Wissenschaftlicher Geschäftsführer leitete Paul Kienle die Geschicke der GSI in der schwierigen und wichtigen Phase von 1984 bis 1992, in der eine massive Erweiterung der GSI-Forschungsanlagen erfolgte. Unter seiner Leitung wurde die Synchrotron-Speicherringanlage der GSI – das so genannte SIS-ESR-Projekt – konzipiert, gebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. An der neuen Anlage konnte erstmals die Methode der Elektronenkühlung für Schwerionenstrahlen demonstriert und für neuartige Experimente eingesetzt werden. Bis heute hat dies einzigartige Forschungsmöglichkeiten eröffnet und maßgeblich zur weltweit führenden Rolle der GSI in der Schwerionenforschung beigetragen.
Auch nach seiner Amtszeit ist Paul Kienle der GSI-Forschung sehr eng und mit größtem Engagement verbunden geblieben. Zur Konzeption der Beschleuniger- und Experimentieranlagen für das neue internationale FAIR-Zentrum in Darmstadt hat er mit wichtigen Vorschlägen beigetragen.
Paul Kienle war ein weltweit anerkannter Wissenschaftler, der auf vielen Gebieten – von der Hadronenphysik über die Kernstruktur- und Atomphysik bis zur Beschleunigerphysik – eminente Beiträge geleistet hat. Noch in seinen letzten Lebenstagen arbeitete er mit großer Intensität an der Publikation von Ergebnissen, die am Speicherring der GSI gewonnen wurden.
Das erfolgreiche Konzept der Kombination eines Schwerionen-Synchrotrons mit einem Speicherring für gekühlte Ionenstrahlen hat der Physik neuartige Experimentiermöglichkeiten mit höchster Sensitivität und Präzision zugänglich gemacht und wird für immer mit dem Namen Paul Kienle verknüpft sein. Dieses Konzept stellt auch die Basis für das neue internationale FAIR-Zentrum dar.
Geschäftsführung und Mitarbeiter der GSI nehmen mit großem Respekt und in tiefer Dankbarkeit Abschied von Paul Kienle.
Sein Wirken für die GSI und seine Persönlichkeit werden unvergessen bleiben.
Geschäftsführung, Wissenschaftlich-Technischer Rat, Betriebsrat
]]>Der Klaus Tschira Preis KlarText! wird jedes Jahr an Doktorandinnen und Doktoranden verliehen, die einen allgemein verständlichen Artikel darüber verfassen, was sie in ihrer Doktorarbeit erforscht haben, was sie daran fasziniert oder welche Hindernisse dabei im Weg standen. Teilnehmen können alle, die ihre Promotion in der Biologie, Chemie, Informatik, Mathematik, Neurowissenschaften oder Physik abgeschlossen haben. Pro Fachgebiet winken 5 000 Euro Preisgeld von der Klaus Tschira Stiftung, ein eintägiger „Workshop Wissenschaftskommunikation“ in der Heidelberger Villa Bosch und eine Veröffentlichung in “bild der wissenschaft“.
Die Öffentlichkeitsarbeit von GSI unterstützt euch gerne bei eurer Bewerbung.
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Woher kommen die Ionen, die bei GSI beschleunigt werden? In zwei Hochspannungskäfigen befinden sich die kleinen Kammern, in denen die Ionen erzeugt werden. Je nach Element, oder in welchem Aggregatzustand es vorliegt – flüssig, fest oder gasförmig – benutzt man verschiedene Typen von Ionenquellen. Mehr ...
Die Beschleunigeranlage bei GSI besteht aus 2 500 einzelnen elektrisch steuerbaren Komponenten, wie Magneten, Vakuumpumpen und Messinstrumenten. Für die Ingenieure ist es unmöglich alle Komponenten einzeln per Hand einzustellen. Deshalb laufen alle Signale im Hauptkontrollraum zusammen. Um den Ionenstrahl entsprechend den Wünschen der Wissenschaftler zu erzeugen, ist viel Geschick nötig. Mehr ...
Ionen prallen mit großer Wucht auf Atome, Strukturen lösen sich auf und formen sich neu, Messgeräte zeichnen alle Hinweise auf. Diese Schritte laufen in einem Detektor ab. Den HADES-Detektor haben Wissenschaftler gebaut, um damit nach Quark-Antiquark-Wolken in Protonen zu suchen. Sie könnten für die Masse der Protonen verantwortlich sein. Mehr ...
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Der erste Regionalausscheid von FameLab 2013 fand bereits statt: In Lübeck gewann Matthias Wolff. Mit einem Luftballon als Brustzelle erklärte er, warum Rezeptoren im Kampf gegen Brustkrebs wichtig sind. Möchtet ihr gegen ihn antreten? Dann bewerbt euch bis zum 18. Februar für einen der Regionalausscheide, zum Beispiel in Karlsruhe, München oder Hamburg. Dort könnt ihr euch für das Deutschland-Finale qualifizieren. Die Regeln machen den Wettbewerb besonders: Drei Minuten Vortragszeit, bei denen nur Hilfsmittel erlaubt sind, die die Teilnehmer selbst tragen und aufstellen können; Powerpoint ist nicht zugelassen. Anschließend hat die Jury vier Minuten Zeit für Fragen und Kritik.
Neben einer Chance auf das Deutschland-Finale gibt es Gewinne, unter anderem Preisgelder, GEO-Abos und ein professionelles Medien- und Präsentationstraining für den ersten und zweiten Platz. Das Deutschland-Finale findet am 31. März 2013 in Bielefeld statt. Wer sich dort durchsetzt, darf am internationalen FameLab-Finale auf dem Cheltenham Science Festival teilnehmen.
Der Christoph-Schmelzer-Preis wird jährlich wechselnd für Diplom- und Masterarbeiten oder Promotionen vergeben. Er ist mit einem kleinen Geldpreis dotiert, den sich die Preisträger teilen. Im Rahmen der Verleihung stellten sie ihre Arbeiten vor:
Kathrin Frey hat eine neue Möglichkeit gefunden, um zu berechnen, wie Positronen-Emitter theoretisch nach einer Bestrahlung im Körper des Patienten verteilt sind. Vergleicht man die Werte mit Ergebnissen einer PET-Messung nach der Bestrahlung, kann die Behandlung optimiert werden. Ihre Masterarbeit reichte Frey an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg ein.
Sebastian Hild wird für seine Diplomarbeit geehrt, die er an der Fachhochschule Gießen-Friedberg einreichte. Darin prüfte er wie Tumoren in bewegten Organen am besten bestrahlt werden und quantifizierte verschiedene Strategien. Mithilfe seiner Ergebnisse können Bestrahlungspläne für bewegte Tumore weiter optimiert werden.
Christopher Kurz untersuchte im Rahmen seiner Diplomarbeit die Bestrahlung mit Sauerstoffionen. In einigen Fällen verspricht diese Therapie wirksamer zu sein als die Therapie mit Kohlenstoffionen. Kurz berechnete theoretisch, wie tief die Sauerstoffstrahlen eindringen und überprüfte seine Vorhersagen am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT). Seine Arbeit hatte er an der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg eingereicht.
Christoph Schmelzer war Mitbegründer und erster Wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI. An der GSI-Beschleunigeranlage wurden seit 1997 über 400 Patienten mit Tumoren in der Regel im Gehirn mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten dieser Methode liegen bei über 90 Prozent und die Nebenwirkungen sind sehr gering. Am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum (HIT) werden Patienten mittlerweile routinemäßig mit schweren Ionen behandelt. Das Verfahren ist von vielen Krankenkasse anerkannt.
17.07.2012 | Erste Tests für Lungenkrebs-Therapie mit Schwerionen
25.11.2011 | Verleihung des Christoph-Schmelzer-Preises 2011
12.06.2001 | GSI trauert um ihren ersten Wissenschaftlichen Direktor
]]>Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In der Regel einmal pro Monat findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt.
Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab – nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von sowohl GSI-internen wie auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Alle Vorträge finden im Hörsaal von GSI, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Beginn ist jeweils um 14 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie auf unserer Webseite www-dev.gsi.de/wfa.
Haxton erhält den Forschungspreis für seinen bisherigen Beitrag zur theoretischen Kernphysik. Die Alexander von Humboldt Stiftung ermöglicht exzellenten Wissenschaftlern mit diesem Preis ein Forschungsprojekt bei einem Gastgeber durchzuführen, in diesem Fall GSI und das Extreme Matter Institute (EMMI). Bei einem der US-amerikanischen Partner-Institute von EMMI, dem Lawrence Berkeley National Laboratory ist Haxton Senior Faculty Scientist der Kernforschungsabteilung. „Bei GSI und EMMI wird an genau den Themen geforscht, für die ich mich interessiere: Supernovae, Quark-Gluon-Plasma und theoretische Simulationen dieser astrophysikalischen Phänomene. Deshalb möchte ich im Rahmen des Humboldt-Preises mehrere Monate bei GSI verbringen,“ so Haxton. Er wolle bei GSI gemeinsam mit seinen Kollegen daran arbeiten astrophysikalischen Phänomenen besser zu verstehen: von der Kernsynthese in Supernova-Explosionen bis hin zu den kernphysikalischen Aspekten der Suche nach Dunkler Materie. „Außerdem sehe ich so einige meiner deutschen Freunde wieder.“
„Wir sind stolz einen Humboldtpreisträger bei GSI willkommen zu heißen,“ sagt Professor Peter Braun-Munzinger, der Haxton für den Preis vorgeschlagen hatte. „Die intensive Zusammenarbeit mit Professor Haxton wird sicher spannende Ergebnisse bringen.“
Bekannt ist Jonson für seine Entdeckung des Halokerns im Jahr 1987. Er und sein Kollege Hansen schlossen aus Experimentergebnissen vom BEVALAC (USA) auf die Existenz der Kerne, bei denen sich einzelne Nukleonen weit vom Kern entfernt befinden. Jonson ist eng mit dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung verbunden, wo er auch seinen Forschungsaufenthalt verbringen wird. Er baute etwa den GSI-Ringbeschleuniger SIS18 und den Fragmentseparator mit auf und spielt auch in der NuSTAR-Kollaboration (Nuclear Structure Astrophysics and Reactions) innerhalb des FAIR-Projekts eine führende Rolle. Den Preis erhält er als Anerkennung für seine Leistungen. Außerdem ermöglicht ihm der Forschungsaufenthalt bei GSI die physikalische Forschung mit schweren Ionen weiter voranzubringen.
]]>Regulärer Auto- und Fahrradverkehr zu FAIR/GSI und in das östliche Wixhausen soll weiterhin die Messeler-Park-Straße als Abfahrt von der B3 nutzen. Die Zufahrt für den Autoverkehr zum GSI-Parkplatz erfolgt weiterhin über die Messeler-Park-Straße. Der Rad- und Fußweg neben der Messeler-Park-Straße bis zu GSI kann von den Fahrradfahrern und Fußgängern in beide Richtungen genutzt werden.
Während der Baumaßnahmen von FAIR kann es zu temporären Einschränkungen in der Messeler-Park-Straße kommen. In diesen Fällen erfolgt die Zufahrt für den Autoverkehr zum GSI-Parkplatz ersatzweise über die Obere Mühlstraße und die südliche Baustraße. Der Radweg in der Messeler-Park-Straße ist in der Regel von diesen Sperrungen nicht betroffen.
Mit einem verstärkten Baustellenverkehr ist ab dem ersten Quartal 2013 zu rechnen, da weitere Baumaßnahmen zur Vorbereitung des FAIR-Baufeldes starten. Um zusätzliche Transportwege auf dem Baufeld zu schaffen, werden Baustraßen innerhalb des Baufeldes angelegt. Des Weiteren wird das Baufeld komplett eingezäunt. Die zurzeit noch vorhandenen Durchlässe im Bauzaun werden geschlossen. Ab Januar 2013 werden die Prinzenschneise und der Dreischläger Weg im Bereich des Baufelds gesperrt. Umleitungen auf den vorbereiteten Waldwegen sind ausgeschildert. Ebenfalls beginnen die Arbeiten zur Erstellung von Bohrpfählen, auf denen der gesamte Beschleunigerkomplex gegründet wird.
Wir bitten alle Verkehrsteilnehmer um erhöhte Vorsicht und gegenseitige Rücksichtnahme. Bitte beachten Sie, dass sich Verkehrsregelungen im Baugebiet um FAIR/GSI auch kurzfristig ändern können.
<media 7380 - download "TEXT, FAIR Baustellenzufahrt, FAIR_Baustellenzufahrt.pdf, 137 KB">Skizze zur Wegführung als PDF</media>
]]>Um Mädchen für traditionelle Männerberufe zu begeistern, veranstalten Betriebe und Institute bundesweit am 25. April 2013 den Girls’Day. Schülerinnen der Klassen 5 bis 10 können an diesem Tag in verschiedene Berufe hineinschnuppern, selbst experimentieren und Fragen stellen.
Bewerbungen jetzt an: Gleichstellung(at)gsi.de
Für die geplante Errichtung des Kantinengebäudes sowie den ersten Abschnitt für ein neues Bürozentrum mit insgesamt 2.660 Quadratmetern Nutzfläche wurde ein interdisziplinärer Planungswettbewerb europaweit ausgeschrieben. Insgesamt 80 Teams aus Architekten und Haustechnikplanern hatten sich um die Teilnahme beworben. 12 Teilnehmer wurden aus dem Bewerberfeld zur Teilnahme ausgewählt.
Unter dem Vorsitz des Architekten Ferdinand Heide aus Frankfurt stellte die Jury, bestehend aus Vertretern der GSI, des Bundesministeriums für Bildung und Forschung, der Stadt Darmstadt und externen Experten, am 3. Dezember die Ergebnisse vor und eröffnete gleichzeitig die öffentliche Ausstellung aller eingegangenen Entwürfe.
Die Jury hat zwei Preise und drei Anerkennungen vergeben. Auf Grundlage der kritischen Würdigung des Preisgerichts sollen nun die beiden Preisträger ihre Entwürfe überarbeiten. Für die endgültige Entscheidung über die Auftragsvergabe an einen der Preisträger wird das Preisgericht noch einmal zusammenkommen.
Ausgehend von einem eingeschossigen, lichtdurchfluteten Kantinenpavillon, der sich der Eingangspforte hin zuwendet, entwickeln die Verfasser, Muffler Architekten, Tuttlingen mit Kaufer + Passer Ingenieure einen insgesamt viergeschossigen, kammartig organisierten Büroriegel, der attraktive Arbeitsplätze anbietet. Die Anbindung an den Bestand erfolgt über Brücken im ersten Obergeschoss.
Die Architekten Glück + Partner GmbH, Stuttgart mit IWP Ingenieurbüro für Systemplanungen haben sich entschieden, das neue Gebäude direkt an den Bestand anzubauen. Dadurch gelingt die Erweiterung des Bestandes zu einer städtebaulich selbstverständlichen Gesamtanlage, die allerdings relativ komplizierte Ebenenverknüpfungen anbietet.
Für bemerkenswerte Teilleistungen wurden den nachfolgende Teilnehmern Anerkennungen ausgesprochen: Dietz Joppien Architekten, Frankfurt mit
INNIUS RR und Planungsteam Block & Partner, raum-z architekten GmbH, Darmstadt mit CSZ Ingenieurconsult GmbH und KLFF Architekten, Berlin
mit Augustat + Seewöster Ingenieurbüro.
Die GSI-Geschäftsführer Professor Horst Stöcker und Peter Hassenbach zeigten sich beeindruckt über das Wettbewerbsergebnis: "Wir sind begeistert über die kreative Vielfalt der Entwürfe für diese für die Campusentwicklung und die Sicherung der Arbeitsplatzqualität wichtige Bauaufgabe. Für die Wettbewerbsteilnehmer stellte der Wunsch nach funktionaler Anbindung des Bestandbaus eine Erschwernis dar. Dass alle wichtigen Entscheidungen nach intensiven Diskussionen einstimmig getroffen wurden, zeugt von der Geschlossenheit der Jury. Dass noch kein endgültiger Sieger gekürt wurde, zeugt von der Komplexität der Aufgabenstellung und den schwierigen Randbedingungen, gibt uns aber die Gelegenheit, in einem Dialog mit den zwei Preisträgern die Lösungsansätze zu optimieren."
Die öffentliche Ausstellung ist vom 3. bis 14. Dezember 2012 zu sehen. Sie ist montags bis freitags jeweils von 12 bis 16 Uhr geöffnet und befindet sich auf dem GSI-Gelände im Foyer des Konferenz- und Bürogebäudes West (KBW). Für den Zugang auf das GSI-Gelände ist die Anmeldung an der Pforte unter Vorlage eines gültigen Personalausweises erforderlich.
Bei GSI entsteht das neue Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), eines der weltweit größten Projekte in der Grundlagenforschung. Schon heute sind knapp 3.000 Wissenschaftler weltweit damit beschäftigt die Experimente zu konzipieren und zu bauen, um später damit an der FAIR-Anlage zu forschen. Auch die Mitarbeiterzahl auf dem GSI-Gelände hat sich in den letzten 15 Jahren fast verdoppelt und beträgt aktuell 1.200. Deshalb sind neue Infrastruktureinrichtungen wie Kantinen- und Bürogebäude nötig.
]]>An der Realisierung der Anlage am CNAO waren mehrere internationale Kooperationspartner beteiligt. Auch GSI hat mit Wissenschaftlern und Ingenieuren maßgeblich an der Erstellung und Inbetriebnahme der Anlage mitgewirkt. Ein Teil der Beschleunigeranlage wurde von GSI entwickelt und gebaut. Die Rasterscan-Technik, mit der die Bestrahlung durchgeführt wird, wurde ebenfalls bei GSI entwickelt.
Die Therapie mit Kohlenstoff-Ionenstrahlen nach der Rasterscan-Methode ist ein sehr genaues, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren, das sich vor allem für tief im Körper liegende Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie z.B. dem Hirnstamm, eignet. Diese Therapie wurde von 1997 bis 2008 an der GSI-Beschleunigeranlage mit großem Erfolg bei rund 450 Patienten eingesetzt und damit erstmals zur klinischen Reife gebracht. Die erste rein klinische Anlage am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum wurde von GSI entwickelt und von GSI gemeinsam mit industriellen Partnern gebaut. Sie hat im Jahr 2009 den Patientenbetrieb aufgenommen. Bisher wurden dort nahezu 1000 Patienten behandelt.
Die Anlage am CNAO besteht ähnlich der Anlage am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT aus zwei hintereinander geschalteten Teilchenbeschleunigern und drei Behandlungsplätzen. Bereits seit September 2011 werden am CNAO Patienten mit Protonen behandelt. Nun wurde auch die Behandlung mit Kohlenstoff-Ionen aufgenommen. Die schwereren Kohlenstoff-Ionen können auch Tumore zerstören, die eine Bestrahlung mit Protonen oder herkömmlichen Bestrahlungstechniken überstehen würden.
Weltweit gab es die Kohlenstoff-Ionenstrahltherapie innerhalb klinischer Anwendung bisher nur in Japan und am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum. Die Inbetriebnahme der Anlage in Italien ist ein weiterer zukunftsweisender Schritt, um diese moderne Therapieform einer größeren Patientenzahl anbieten zu können und sie in der Krebstherapie zu etablieren.
Weitere Anlagen dieser Art befinden sich im Aufbau, wie das Therapiezentrum MedAustron in Wiener Neustadt in Österreich und am Shanghai Proton & Heavy Ion Hospital in China. An beiden Anlagen kommen ebenfalls die Rasterscan-Methode sowie der gemeinsam von GSI und dem Institut für Angewandte Physik der Goethe-Universität Frankfurt am Main entwickelte Linearbeschleuniger als erste Beschleunigerstufe zum Einsatz.
]]>Die seltsame Auswirkung der Higgs-Strahlung auf Zellproben macht Studenten misstrauisch. Um kein Risiko einzugehen, schalten sie den Strom ab. Doch es ist bereits zu spät. Im Beschleuniger machen sie eine tödliche Entdeckung.
Trailer: https://www.youtube.com/watch?v=luNueXoAw3I
Wir zeigen den Film exklusiv, bevor er im Internet veröffentlicht wird. Anschließend an den Film können sich Besucher bei einer Besichtigung die Beschleunigeranlage anschauen.
Der Eintritt ist frei. Da es keine deutsche Version des Films gibt, zeigen wir das englischsprachige Original.
Wenn Sie teilnehmen möchten, schicken Sie bitte eine E-Mail mit Name und Anzahl der Personen an decay(at)gsi.de.
]]>Die Veranstaltungsreihe "Saturday Morning Physics" ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Der Besuch bei GSI ist die einzige Exkursion, die innerhalb der Reihe stattfindet. Neben dem Europäischen Satellitenkontrollzentrum, der Deutschen Physikalischen Gesellschaft und dem Springer-Verlag, gehört auch die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den zahlreichen Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes.
Website von Saturday Morning Physics
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„Es kommt darauf an, die richtigen Fragen zu stellen.“ Unter diesem Motto erforschte Hermann von Helmholtz, einer der letzten großen Universalgelehrten, zum Beispiel Phänomene der Optik, Akustik, Geologie, Meteorologie und Wärmelehre. Der von ihm entwickelte Augenspiegel zur Untersuchung der Netzhaut ist heute noch im Einsatz, und auch der Energieerhaltungssatz „Energie geht nicht verloren“, den Helmholtz in der noch heute gültigen, allgemeinen Ausführung formuliert hat, ist fester Bestandteil des Physikunterrichts. Am Helmholtz-Tag erfahren die Schülergruppen, die sich in den Schülerlaboren angemeldet haben oder direkt eingeladen wurden, mehr über die vielseitige Forschung und die zahlreichen Errungenschaften dieses Ausnahme-Talents und über die Aktivitäten, die die Helmholtz-Gemeinschaft mit ihm verbinden. Der Helmholtz-Tag findet nun einmal jährlich im November statt.
„Wir freuen uns, dass die Schülerlabore unserem Namenspatron einen speziellen Tag in ihrem Programm widmen, um Hermann von Helmholtz und seine Forschungsleistungen unter den Schülerinnen und Schülern bekannter zu machen“, sagt Prof. Dr. Jürgen Mlynek, Präsident der Helmholtz-Gemeinschaft. „Helmholtz war einer der bedeutendsten Forscher des 19. Jahrhunderts und deckte die ganze Breite der Naturwissenschaften ab. Wie wir es heute in unserer Mission formuliert haben, konzentrierte sich auch Hermann von Helmholtz auf eine vorausschauende Forschung zum Wohl der Gesellschaft.“
Auch die Mission der Helmholtz-Gemeinschaft zielt darauf ab, die richtigen Fragen zu stellen und Lösungen für die großen Herausforderungen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft zu erarbeiten. Und ebenso sollen die Schülerinnen und Schüler durch das Experimentieren im Schülerlabor lernen, die wesentlichen Fragen auszumachen, um naturwissenschaftliche Theorien besser verstehen und auch hinterfragen zu können. Die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter der 25 Schülerlabore in der Helmholtz-Gemeinschaft vermitteln den Schülerinnen und Schülern beim Experimentieren ein Verständnis für naturwissenschaftliches Denken und geben ihnen einen Eindruck vom Arbeiten in einem wissenschaftlichen Beruf. Dadurch soll gerade bei jungen Menschen das Interesse an Naturwissenschaften geweckt oder gestärkt werden, um den Nachwuchs für die Forschung der Zukunft zu sichern.
Im Schülerlabor der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH sind am heutigen Helmholtz-Tag 22 Schülerinnen und Schüler der Physik-AG des Freiburg-Seminars zu Gast. Das Freiburg-Seminar ist ein Programm zur Förderung besonders befähigter Schülerinnen und Schüler in Mathematik und Naturwissenschaften. Im GSI-Schülerlabor erhalten sie durch selbstständiges Experimentieren an neun verschiedenen Experimentierstationen Einblicke in naturwissenschaftliches Denken und Arbeiten. Mit Detektoren, wie Geiger-Müller-Zählrohr, Ionisationskammer und einer Nebelkammer erforschen sie die Eigenschaften von Atomen, Atomkernen, Strahlung und Radioaktivität. Auf einem Rundgang durch die GSI-Anlagen sehen die Schüler die Messtechniken, mit denen sie selbst experimentiert haben, im großen Maßstab im Einsatz für die Grundlagenforschung wieder.
„Wir möchten mit unserem GSI-Schülerlabor bereits in jungen Menschen Neugierde und Faszination für die Forschung wecken und ein realistisches Bild vom wissenschaftlichen Arbeiten vermitteln, um die Schülerinnen und Schüler für die Forschung zu begeistern,“ sagt Horst Stöcker der Wissenschaftliche Geschäftsführer der GSI. Das GSI-Schülerlabor hat zum Ziel nachhaltig das Interesse von Schülerinnen und Schülern der Klassen 9 bis 13 an Naturwissenschaften zu fördern. Seit Eröffnung im Herbst 2004 ist die Nachfrage nach dem Angebot riesig. Bis heute haben über 12.500 Schülerinnen aus über 650 Klassen sowie 25 Lehrergruppen an einem Experimentiertag teilgenommen. Bei Lehrern und Schülern findet das Schülerlabor gleichermaßen große Zustimmung. So haben zahlreiche Schulen den Besuch im GSI-Schülerlabor bereits fest in den Stundenplan integriert.
Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit fast 34.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,4 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Helmholtz-Tag
]]>Bewerbungen und Empfehlungen sind bis zum 15. Februar 2013 möglich. Das Programm ist in den Kanon der GSI-Graduiertenschule HGS-HIRe eingebunden.
Wenn Ende des kommenden Jahres damit begonnen wird, FAIR-Gebäude und Beschleunigertunnel zu errichten, werden Baugruben ausgehoben. Damit die Baugruben sich nicht mit Wasser füllen, muss das Grundwasser lokal abgesenkt werden. Damit diese Absenkung im Wesentlichen auf das Baugebiet beschränkt bleibt, wird das abgepumpte Wasser über rund 50 Schluck- oder Infiltrationsbrunnen in der direkten Umgebung dem Grundwasser wieder zugeführt. So kann erreicht werden, dass insbesondere feuchte-sensible Biotope, Waldflächen und benachbarte Grundwasserbrunnen und die Gebäude der bestehenden Beschleunigeranlage des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung geschont werden und sich der Grundwasserspiegel dort nur in seiner natürlichen Schwankungsbreite bewegt.
Auch die Baugruben werden aus diesem Grund möglichst klein gehalten: Der 1,1 Kilometer lange Beschleunigertunnel wird in Abschnitten von etwa 200 Metern gebaut - so muss das Grundwasser auch nur abschnittsweise abgesenkt werden.
Wie Baugruben und Schluckbrunnen angelegt sein müssen, damit diese nur lokale Grundwasserabsenkung erreicht werden kann, haben unabhängige Gutachter im Rahmen des wasserrechtlichen Genehmigungsverfahrens berechnet. Kontinuierlich kontrolliert werden diese Berechnungen während der Bauzeit durch die Messstellen. Dabei ergeben die 80 neuen Grundwasser-Messstellen zusammen mit den bestehenden ein dichtes Netz von mehr als 90 Grundwasser-Messstellen - auf dem Baufeld selber bis in den Umkreis von mehreren Hundert Metern bis in den Ort Wixhausen.
Wenn bald die ersten der insgesamt 1.500 Bohrpfähle hergestellt werden, die den Untergrund stabilisieren, wird über die Grundwasser-Messstellen außerdem überwacht, dass bei den Bohrungen keine Fremdstoffe ins Grundwasser gelangen. Durch das Grundwassermanagement wird außerdem sichergestellt, dass der wissenschaftliche Betrieb der GSI mit seinen empfindlichen Apparaturen so störungsfrei wie möglich weitergehen kann.
]]>Weiter zur Pressemitteilung von "Hessen schafft Wissen"
"SANAM" nimmt auch im Vergleich zu den weniger energieeffizienten schnellsten Computern der Welt eine Spitzenstellung ein, auf der weltweiten Rangliste "Top500" belegt er Platz 52. Im Nahen Osten hält er die Spitzen-Position. Er wird am KACST für Anwendungen in Seismik, Luftfahrt, Bioinformatik, Wetterforschung und physikalische Simulationen eingesetzt. "SANAM" wird nach weiteren Hochleistungsoptimierungen und Tests am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt in die saudi-arabische Hauptstadt Riad gebracht.
"SANAM" ist eine Weiterentwicklung des Frankfurter Höchstleistungsrechners LOEWE-CSC, der bei seiner Inbetriebnahme vor zwei Jahren der energiesparendste Großrechner Europas war. Er benutzt ein spezielles Kühlsystem und verwendet als Beschleuniger handelsübliche Hochleistungs-Grafikkarten, wie sie auch in Arbeitsplatzcomputern eingesetzt werden. In der Rechengeschwindigkeit ist "SANAM" etwa 40 Prozent schneller als der über einen Hochgeschwindigkeitslink mit ihm vernetzten LOEWE-CSC, aber verbraucht nur ein Drittel der Energie pro Rechenoperation. Erreicht wurde dies durch die Verwendung von zusätzlichen Hochgeschwindigkeits-Grafikchips in Verbindung mit optimierter Systemsoftware.
Der deutsch-arabische Supercomputer ist ein Cluster-Computer aus Standard-Servern mit einem Hochgeschwindigkeits-Netzwerk. Der Cluster besteht aus 210 Servern mit 3.360 Rechenkernen, 840 Grafikchips und 26.880 Gigabyte Hauptspeicher. Die Server vom Typ ASUS ESC4000/FDR G2 sind mit jeweils zwei Intel Xeon E5-2650 Prozessoren und acht 16 Gigabyte-Modulen (128 GB) der energie-effizienten "Samsung Green Memory" -Bauelemente bestückt. Jeder Server enthält zwei Grafikkarten des Models AMD FirePro S10000 mit insgesamt vier Grafik-Prozessoren zur Beschleunigung. Bei dem Netzwerk handelt es sich um ein FDR InfiniBand-Netz mit einer Übertragungsleistung von 56 Gigabit/s. Die Server wurden geliefert von dem Unternehmen Adtech Global.
KACST-Präsident Dr. Mohammed Al-Suwaiyel würdigte den Erfolg von "SANAM": "Dies ist ein klarer und greifbarer Beleg der Bemühungen von KACST, fortschrittlichste Technologien in das Königreich zu übernehmen." Dr. Turki Alsaud, KACST-Vizepräsident für Forschungsinstitute, ergänzte: "Computer und Elektronik sind Felder höchster Priorität im Forschungs-, Technologie- und Innovationsplan des Königreichs, der von KACST gemanagt wird. Ich freue mich, dass in diesem Projekt Teams von fünf Ingenieuren und zwei Postdocs von KACST erfolgreich mit unseren deutschen Partnern zusammengearbeitet haben, um SANAM zu entwickeln."
Führende Wissenschaftler und Manager kommentierten die Spitzenplatzierung von "SANAM". Der FIAS-Vorstandsvorsitzende und Professor für Architektur von Hochleistungsrechnern an der Goethe-Universität, Professor Volker Lindenstruth, sagte: "Die moderne Forschung ist entscheidend auf immer schnellere Supercomputer angewiesen. Sie können in Zukunft aber nur installiert werden, wenn Energieeffizienz ein entscheidendes Kriterium ist. Wir freuen uns, dass wir in Zusammenarbeit mit einem Land mit ambitioniertem Forschungsprogramm diese energieeffiziente neue Technologie entwickeln können, um damit im "Green500" Ranking neue Maßstäbe zu setzen."
Für den Halbleiter-Produzenten AMD, der die Grafikkarten für "SANAM" lieferte unterstrich John Gustafson, Chief Product Architect der Graphics Business Unit AMD: "Der Einsatz von Grafikprozessoren in Supercomputern hat innerhalb kürzester Zeit enorme Fortschritte für die Recheneffizienz gebracht. AMD entwickelt neue Hard- und Software, um diese Effizienz zu neuen Spitzenleistungen zu bringen, wie das Beispiel des SANAM-Supercomputers zeigt. Dieses System zeigt die Richtung, in die sich das Höchstleistungsrechnen in den nächsten Jahren entwickeln wird." Für Samsung, das die Speicherbausteine lieferte, sagte Yunshik Kim, Präsident von Samsung Semiconductor Europe: "Ein Spitzenplatz in den "Green500" zeigt die hohe Effizienz des Systems und aller seiner Komponenten. Dies erfordert hohe Leistung und zugleich zählt jedes Watt. Samsung hat dieses Projekt mit den "Green Memory"-Bausteinen in 30-nm-Technologie als Teil seiner Strategie unterstützt. Samsung wird auch weiterhin Spitzenlösungen für Supercomputing bieten, etwa mit den mit hochentwickelten ,grünen' DDR3- und SSD- Bauelementen in 20-nm-Technik."
Der wissenschaftliche Geschäftsführer der GSI, Professor Dr. Horst Stöcker, hebt hervor: "Diese Zusammenarbeit kam durch die Vermittlung der hessischen Landesregierung zustande. Sie hat für GSI große Bedeutung im Zusammenhang mit unserem internationalen FAIR Projekt, an dem Doktoranden und Wissenschaftler aus Saudi-Arabien in Darmstadt und Riad mitarbeiten. Sie werden an SANAM mit den Kollegen in Saudi-Arabien FAIR-spezifische Höchstleistungs-Rechnungen durchführen können."
Das King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST) ist eine unabhängige Forschungsorganisation, die administrativ direkt dem König von Saudi-Arabien unterstellt ist. KACST ist sowohl für die Forschungsförderung und -organisation in Saudi-Arabien verantwortlich, betreibt aber auch nationale Forschungslabors. In der Forschungsorganisation entwickelt KACST Forschungspolitik, betreibt Datensammlung, fördert externe Forschung und bietet Servicefunktionen, wie etwa das Patentbüro.
Das Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) ist interdisziplinäres Forschungsinstitut zur theoretischen Erforschung von komplexen Strukturen in der Natur, die von der Goethe-Universität Frankfurt gegründet wurde und von öffentlichen Geldgebern, Stiftungen und Privatpersonen finanziert wird. Im Mittelpunkt der Arbeiten stehen neben der Informatik Grundlagenforschung in Biowissenschaften, Hirnforschung, Chemie und Physik.
Die Goethe-Universität Frankfurt ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. Als Stiftungsuniversität besitzt sie ein einzigartiges Maß an Eigenständigkeit. Mit 41.350 Studierenden ist sie heute die drittgrößte Universität Deutschlands.
]]>"Mit unserer Baumpflanzaktion wollen wir zeigen, dass wir nicht nur Wald roden für den Bau dieses derzeit mit Abstand größten deutschen Forschungsvorhabens, sondern dass wir mindestens genauso viel Wald wieder pflanzen. Das ist uns wichtig, und deshalb packen wir ein Stück weit selber mit an", erklärt der Wissenschaftliche FAIR-Geschäftsführer Professor Boris Sharkov. Auf der Flur "Täubcheshöhle" an der Langener Straße / Virchowstraße werden auf 2,25 Hektar Stieleichen gemischt mit Hainbuchen und Winterlinden gepflanzt. Vogelkirschen, Feldahorne, Elsbeeren und Büsche wie Schlehe und Schneeball werden später einen gestuften Waldrand ergeben. In der Gemarkung Wembach bei Ober-Ramstadt wird - angepasst an den Standort - hauptsächlich Buche gepflanzt, die mit Vogelkirsche, Bergahorn und Elsbeere gemischt wird.
Professor Günther Rosner, Administrativer Geschäftsführer und Forschungsdirektor von FAIR, sagt: "Die Aufforstungen werden ergänzt durch ein umfangreiches Umwelt-Kompensationsprogramm, das zum Beispiel die Pflege zum Erhalt des Naturdenkmal 'Stahlberge' in Arheilgen einschließt und Schutz- sowie Rückzugseinrichtungen für Amphibien und Reptilien." So habe FAIR zum Beispiel 1,6 Kilometer Amphibienschutzzäune entlang der Baustraßen gesetzt und auf dem Gelände eines ehemaligen Kleingartens einen Lebensraum für Zauneidechsen geschaffen.
Nachdem im vergangenen Winter mit rund 16 Hektar bereits ein großer Teil des Baufelds vorbereitet worden ist, steht in diesem Herbst die Rodung der übrigen 4 Hektar an: einer ringförmige Schneise nördlich des Baufeldes, in die der unterirdische, 1,1 Kilometer lange Tunnel für den Ringbeschleuniger gebaut wird. Nach dessen Fertigstellung wird die Schneise wieder mit Bäumen bepflanzt werden. Insgesamt werden nach Fertigstellung von FAIR mehr als acht Hektar Wald auf der Rodungsfläche gepflanzt, weitere fünfeinhalb Hektar auf Baustelleneinrichtungs- und Bodenlagerflächen.
Die erste Bäume für FAIR wurden sogar schon lange vor Beginn der Rodungen für FAIR gepflanzt: 2007 entstand in der Knoblochsaue bei Riedstadt knapp 1,6 Hektar neuer Wald, der mittlerweile gut gediehen ist.
Übersicht über die Ersatzaufforstungen und Wiederaufforstungen
Umwelt-Kompensationsmaßnahmen für FAIR
„Mit der Baugenehmigung bekommt die FAIR GmbH nach jahrelangen sorgfältigen Planungen das Recht, die konkreten Arbeiten in Angriff zu nehmen. Dies geschieht auf der Basis eines detaillierten Bebauungsplanes, der eine geordnete städtebauliche Entwicklung gewährleistet. Der zukünftige Betrieb der Großforschungsanlage wird eine hohe Anziehungskraft auf Wissenschaftler aus aller Welt haben und so den Ruf der Wissenschaftsstadt Darmstadt national und international weiter stärken,“ erläuterte Stadträtin Brigitte Lindscheid bei der Übergabe der Baugenehmigung.
Die Bauzeit der Großforschungsanlage wird gut sechs Jahre betragen. Bauherr ist die internationale FAIR GmbH, deren Gesellschafter die Bundesrepublik Deutschland, das Land Hessen und die Regierungen von acht Staaten aus Europa und Asien sind. Den entsprechenden völkerrechtlichen Vertrag, die FAIR-Convention, haben Deutschland, Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien unterschrieben. Die Investitionen für die gesamte Anlage belaufen sich auf über eine Milliarde Euro. Etwa die Hälfte davon fließt in den Bau. Die Kosten für die hochmodernen Teilchenbeschleuniger und Experimentieranlagen werden rund 500 Millionen Euro betragen.
Mit solchen Anlagen können Wissenschaftler die Entwicklung der Bausteine der Materie bis zum Urknall zurückverfolgen, aber auch medizinische Verfahren entwickeln. Große Erfolge wurden in Darmstadt bereits mit dem seit vierzig Jahren in Betrieb befindlichen Teilchenbeschleuniger der GSI verbucht, nicht zuletzt die Entdeckung der neuen superschweren Elemente Hassium und Darmstadtium sowie die Weiterentwicklung der erfolgreichen Krebstherapie durch Kohlenstoff-Bestrahlung.
Die neue FAIR-Anlage wird rund sechsmal größer als die bestehende GSI-Anlage sein. Die neue FAIR-Anlage grenzt an die GSI-Anlage und verwendet die in den Vorbeschleunigern der GSI erzeugten Isotope. In den FAIR-Beschleunigern werden diese bis nahe Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und für die Herstellung von Antimaterie und extrem kurzlebigen Isotopen verwendet.
Fast 600.000 Kubikmeter Beton und über 35.000 Tonnen Stahl sowie weitere 500.000 Tonnen Restbaustoffe weisen das Bauvorhaben als Großprojekt aus. Über eine Million Kubikmeter Boden werden ausgehoben und später wieder eingebaut, denn die fertigen Bauwerke werden zu einem großen Teil unter der Erde liegen. Zur Belieferung der Baustelle und zur Entlastung der Einwohner von Wixhausen hat die FAIR GmbH bereits Umgehungsstraßen fertiggestellt und wird im Frühjahr 2013 interne Baustraßen auf dem Baufeld anlegen. Auf ihren Internetseiten unter www.fair-center.de hat die FAIR GmbH weitere detaillierte Informationen über die Maßnahmen zusammengestellt.
In Kürze wird auch mit den Gründungsarbeiten begonnen: Rund 1.500 Bohrpfähle mit einem Durchmesser von mindestens 1,20 Metern in bis zu 65 Metern Tiefe sind erforderlich, um die Gebäude auf ein tragfähiges Fundament zu stellen. In Spitzenzeiten werden bis zu 600 Bauarbeiter, Techniker und Ingenieure auf der Baustelle beschäftigt sein.
Bereits 2005 wurden in einem städtebaulichen Vertrag die Kompensationsmaßnahmen für unvermeidliche Eingriffe in Natur und Landschaft vereinbart, die durch ein ökologisches Gremium überwacht werden.
Pressemitteilung der FAIR GmbH
Die Teilchenbeschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe GmbH) ist eine weltweit einzigartige, von Deutschland, Hessen und acht internationalen Partnern getragene Großforschungsanlage. FAIR wird derzeit in Darmstadt in unmittelbarer Nachbarschaft des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung gebaut. Sie wird 3,5 Kilometer Strahlführung und acht Kreisbeschleuniger mit bis zu 1.100 Metern Umfang haben. Die bestehenden GSI-Beschleuniger werden als Vorbeschleuniger dienen. An FAIR werden Wissenschaftler untersuchen, wie Materie im Innersten beschaffen ist und wie sich das Universum seit dem Urknall entwickelt hat. Die Anlage dient hauptsächlich der Grundlagenforschung, die ergänzt wird durch anwendungsnahe Forschung, zum Beispiel für Tumortherapien oder neue Materialien. FAIR wird voraussichtlich 2018 den Forschungsbetrieb aufnehmen und dann Anziehungspunkt für mehr als 3.000 Wissenschaftler aus aller Welt sein. Schon heute sind 3.000 Wissenschaftler aus mehr als 50 Ländern an der Planung von FAIR beteiligt.
]]>Horst Stöcker ist seit August 2007 Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI. In dieser Zeit wurden mit den internationalen und nationalen Partnern die Voraussetzungen für den nun erfolgten Start der Baumaßnahmen des Beschleunigerzentrums FAIR geschaffen, das an die bestehende GSI-Beschleunigeranlage angeschlossen wird. FAIR ist weltweit eines der größten Vorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. Um das Know-How für die Forschung und Entwicklung an FAIR zu bündeln und um wissenschaftlich-technischen Nachwuchs zu sichern, trieb Horst Stöcker die Vernetzung mit Universitäten und Forschungslaboren voran.
„Die größte Aufgabe in meiner nächsten Amtszeit wird es sein, mit der GSI alles Notwendige dafür zu tun, dass FAIR fertig gestellt wird. Die Vernetzung mit den Hochschulen und anderen Forschungslabors soll intensiv genutzt werden, um technische und wissenschaftliche Arbeiten gemeinsam voranzutreiben, damit die Experimente auf den Punkt genau einsatzbereit sind, sobald die Beschleunigeranlage von FAIR in Betrieb geht. In meiner kommenden Amtszeit die Inbetriebnahme von FAIR zu feiern wäre phantastisch“, sagt Horst Stöcker."Von besonderer Wichtigkeit für mich ist auch die Reunion der beiden momentan getrennten Firmen FAIR und GSI. Zwar war die Aufteilung für den Bau notwendig, jedoch soll in Zukunft wieder zusammen geführt werden, was zusammen gehört."
Schon heute arbeiten etwa 3.000 Wissenschaftler aus über 40 Ländern an der Planung der Experimentier- und Beschleunigeranlagen von FAIR. Die Anlage wird Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Im Endausbau besteht FAIR aus acht Kreisbeschleunigern mit bis zu 1.100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 4 Kilometern Strahlführungsrohren. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden als Vorbeschleuniger dienen. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Wissenschaftler aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall erwarten
Horst Stöcker studierte Physik, Mathematik und Chemie an der Goethe-Universität in Frankfurt. Nach der Promotion 1979 war er als Gastwissenschaftler in Berkeley. Er nahm dann den Ruf auf eine Professur an der Michigan State University und am National Superconducting Cyclotron Laboratory, Michigan, USA, an, von der er 1985 auf eine Professur für Theoretische Physik an der Goethe-Universität in Frankfurt berufen wurde, wo er außerdem dreimal zum Vizepräsidenten gewählt wurde. Seit 2004 hat er dort den Judah M. Eisenberg-Lehrstuhl inne. Er ist außerdem Gründungsvorstandsvorsitzender und Senior Fellow des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS). Seit 2008 ist er Vizepräsident der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten deutschen Wissenschaftsorganisation. Seine Forschungsgebiete sind die Relativistische Schwerionen- und Elementarteilchenphysik sowie Kernmaterie, Neutronensterne und schwarze Löcher.
]]>Stöhlker promovierte 1991 an der Universität Gießen. Er ist Leiter der Atom- und Plasmaphysik am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Er ist außerdem Professor an der Universität Jena, Direktor des Helmholtz-Instituts Jena und Kontaktperson von SPARC (Stored Particle Atomic Physics Research Collaboration). SPARC ist Teil der neuen Beschleunigeranlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research).
Während der Zeremonie fasste Stöhlker den Fortschritt des SPARC- und FAIR-Projekts kurz zusammen. Er bedankte sich für das Zertifikat und versprach sein Bestes zu tun, um die wissenschaftliche Zusammenarbeit der beiden Institute zu fördern.
]]>La Tessa erzählte ausführlich von ihren Experimenten mit simuliertem Mond- und Marsgestein. Diese Proben beschoss La Tessas Arbeitsgruppe mit Ionen aus dem GSI-Teilchenbeschleuniger, um Abschirmungen für zukünftige Langzeitaufenthalte auf dem Mars zu testen. Ionen machen einen Großteil der kosmischen Strahlung aus. Der mehrfach ausgezeichnete Schriftsteller und Fernsehproduzent, unter anderem FIPRESCI-Preis (Internationale Filmfestspiele von Cannes), Georg-Büchner-Preis und Adolf Grimme Preis, interviewt regelmäßig Wissenschaftler für seine Produktionsfirma dctp.
Der Ausstrahlungstermin steht noch nicht fest.
Heute hat GSI seinen ersten Tweet gesendet. In den sozialen Netzwerken Twitter und Facebook informieren wir ab jetzt über die neusten Forschungsergebnisse und Jobangebote. Außerdem berichten wir live von Veranstaltungen, wie Wissenschaft für Alle und veröffentlichen die neusten Bilder und Videos.
Um die Zielgruppe der 14- bis 29-jährigen zu erreichen, führt heute kein Weg mehr an sozialen Netzwerken vorbei. In Deutschland sind 96 Prozent dieser Altersgruppe in einem sozialen Netzwerk registriert. Doch Twitter und Co. sind nicht nur Unterhaltungsmedien. In den letzten Jahren haben sie sich zu ernstzunehmenden Informationsquellen entwickelt. Journalisten, Politiker und andere Entscheidungsträger informieren sich in den sozialen Netzwerken, knüpfen Kontakte und spüren Trends auf, die klassische Medien nicht aufgreifen.
Auch für die Wissenschaft sind neue Medien eine große Chance: Über soziale Netzwerke lassen sich Menschen für Forschung begeistern, die nicht jeden Morgen den Wissenschaftsteil der Tageszeitung lesen. Der Dialog, von dem soziale Medien leben, macht Wissenschaft lebendiger, verständlicher und leichter zugänglich. Auch uns ist der Dialog mit allen Nutzern der sozialen Netzwerke wichtig. Stellen Sie uns Fragen, sagen Sie uns Ihre Meinung und geben Sie uns Anregungen. Unsere Facebook-Seite ist auf Deutsch. Auf Twitter haben wir sowohl einen deutschen als auch einen englischen Kanal.
Auch andere Helmholtzzentren sind in sozialen Netzwerken aktiv. Im Social Media Newsroom von Helmholtz sind alle Kanäle gebündelt zu finden.
Besuchen Sie uns und folgen Sie uns (mit Account) auf Twitter, Facebook und YouTube.
]]>Koonin wurde aufgrund seiner langjährigen Verbindung zu GSI von Karlheinz Langanke, dem GSI-Forschungsdirektor, und Horst Stöcker, dem wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI, für den Preis vorgeschlagen. Neben seiner herausragenden wissenschaftlichen Arbeit auf dem Gebiet der Kernphysik ist Koonin auch in anderen Forschungsbereichen aktiv, die eng mit der Forschung der Helmholtz-Gemeinschaft verknüpft sind. Etwa untersuchte er das Erdklima mithilfe der Beleuchtung des Mondes durch die Erde, schrieb Bücher über wissenschaftliches Rechnen und war bis 2011 Staatssekretär des amerikanischen Energieministeriums (Department of Energy).
Neben Koonin haben noch fünf weitere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Preis erhalten. Förderfähig sind deutsche oder ausländische Forschende, die im Ausland tätig sind und nicht an einem Helmholtz-Zentrum angestellt sind. Das wichtigste Kriterium für den Preis ist die herausragende wissenschaftliche Leistung der Wissenschaftlerin oder des Wissenschaftlers. Zudem müssen Forschungsgebiet und -vorhaben mit den Aktivitäten des vorschlagenden Helmholtz-Zentrums zusammenpassen.
Tatsuya Furuno aus Kyoto ist zu Gast bei GSI. Gemeinsam mit dem Team der Abteilung Kernreaktionen bereitet er Experimente vor, bei denen die Struktur von Nickel-Isotopen untersucht werden soll. „ Es ist faszinierend mit ultrahohem Vakuum zu arbeiten. Das habe ich vorher noch nie gemacht“, sagt Furuno, „Ich habe in den Wochen hier viel gelernt, und so viele Leute aus verschiedenen Ländern kennenzulernen war wirklich toll.“, fügt er hinzu. „Es ist interessant einen kleinen Einblick in andere Kulturen zu bekommen. Da wir alle zusammen in einem Hotel wohnen, haben wir angefangen, abends traditionelle Gerichte füreinander zu kochen. Wir hatten bereits ungarisches und japanisches Essen."
Merle Reinhart, Sommerstudentin aus Heidelberg, war auch bei den Kochabenden dabei. „Ich habe Ratatouille gekocht, obwohl das nicht typisch deutsch ist.“ Tagsüber abeitet Reinhart in der Biophysik-Abteilung. „Ich versuche mehr über den biologischen Effekt von Helium-Ionen in Zellen herauszufinden. Dazu werte ich Bestrahlungspläne aus.“ Reinhart studiert Physik in Heidelberg. Während ihrer Arbeit bei GSI hat sie viele neue Eindrücke gesammelt. „Abgesehen von dem wissenschaftlichen Fachwissen, das ich gewonnen habe, war es sehr interessant Teil einer Arbeitsgruppe zu sein. Ich denke, das ist eine wichtige Erfahrung für meine zukünftige Karriere.“
Seit 30 Jahren lädt GSI jeden Sommer Studenten für einen zweimonatigen Aufenthalt ein. Das Programm wird von der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) und GSI organisiert.
Bewerbungen für das Programm 2013 sind wieder ab November unter https://hgs-hire.de/summer-program/ möglich.
Beim Star Wars-Film "Krieg der Sterne" zerstört Darth Vader den Planeten Alderaan. "Wir können an der Stoßwelle sehen, wie viel Wucht die Explosion hatte", sagt Sascha Vogel. "Um den Planeten zu sprengen, benötigt man so viel Energie, wie die Sonne insgesamt in zwei Jahren abgibt."
Sascha Vogel ist Theoretiker. Wie unterhaltsam Physik sein kann, zeigte er auch schon auf Science-Slams. Aber er hat nicht nur unterhaltende Film-Ausschnitte parat. Immer wieder lässt er physikalische Fachbegriffe wie Impulserhaltungssatz, Trägheitsgesetz oder Quantenchromodynamik einfließen – gerne auch mit Formeln.
Vogel stellt auch seine persönliche Top Drei der Physik-Sünder in Hollywood vor. Platz 3: Armageddon. Die beiden Hälften des gesprengten Komets, die an der Erde vorbeifliegen, müssten wegen ihrer Anziehungskraft eine zerstörerische Flutwelle auslösen. Platz 2: James Bond, und auf Platz 1: Der Action-Film The Core. "Das waren die schlimmsten zwei Stunden meines Physikerlebens", so Vogel. Höhepunkte der physikalischen Irrtümer sind eine falsche Primzahl und die Erdkugel, die sich während des Abspanns in die falsche Richtung dreht.
Beim Nachbau eines Lichtschwerts wird es schon komplizierter. Damit man sie kreuzen kann wie echte Schwerter, müssen sie extrem intensiv sein, sonst würden sie einfach durcheinander hindurchscheinen wie die Strahlen zweier Taschenlampen. "Nur mit extrem hohen Energien könnte man erreichen, dass zwei Lichtstrahlen, die sich kreuzen, miteinander interagieren", erklärt Vogel. "Man müsste 1033 Watt pro Quadratzentimeter intensives Licht nehmen. Es regt das Vakuum an und es entstünden Materie-Antimaterie-Paare, die eine Interaktion vermitteln können. Zum Vergleich: Die Sonne scheint mit einer Intensität von 8000 Watt pro Quadratzentimeter."
Zum Schluss überrascht Vogel sein Publikum. Nicht alle scheinbar absurden Science-Fiction-Szenen sind physikalisch unmöglich. Spidermans Spinnfaden würde einen Sturz aus 100 Metern Höhe tatsächlich auffangen können. "Spinnfaden ist eines der reißfestesten Materialien der Welt."
]]>Nach der Begrüßung durch Reinhold Stämmler, den Bereichsleiter Presse, Bildung und Öffentlichkeitsarbeit der Unternehmerverbände, erhielten die Teilnehmer in einem Vortrag einen Einblick in die Arbeit bei GSI. Anschließenden konnten sie die GSI-Forschungsanlagen und die Experimentierplätze besichtigen.
In der folgenden Nachmittagsveranstaltung informierten sie sich über die Ausbildungstätigkeit bei GSI und diskutierten in weiteren Vorträgen aktuelle Themen aus dem Bereich der Berufsausbildung.
]]>Das Werkzeug der Wissenschaftler am Helmholtz Institut (HI) Jena sind Laser und Spektroskope. Kombiniert mit Ionenstrahlen, die mit Teilchenbeschleunigern erzeugt werden, ergeben sich neue Forschungsfelder und breite Anwendungen. Die im Juni gegründete Graduiertenschule (engl. Research School) für Advanced Photon Science (RS-APS) soll die Doktoranden, die am HI Jena promovieren, noch gezielter fördern und unterstützen. Gerade beim Bau des XFEL (European X-Ray Free Electron Laser Facility) bei DESY in Hamburg oder beim größten Forschungsprojekt Europas FAIR werden Spezialisten für die Schnittstelle zwischen Optik und Beschleuniger gesucht – der Schwerpunkt des HI Jena.
Ein strukturiertes Promotionsprogramm an der RS-APS soll die Wissenschaftler optimal auf ihre Aufgaben vorbereiten. Dafür investiert das HI Jena laut eigenen Angaben einen erheblichen Teil seines Budgets. Das Angebot reicht von fachlichen Angeboten, die den Studenten helfen das Spezialgebiet ihrer Doktorarbeit zu vertiefen, über Vernetzung und internationale Erfahrung. Die Stipendiaten können ihre Management-Fähigkeiten trainieren oder lernen, wie man für verschiedene Zielgruppen professionell eine Präsentation hält. Auch für Reisen zu Konferenzen und Sommerschulen stehen Mittel zur Verfügung.
Das 2009 als Tochterinstitut von GSI gegründete Helmholtz-Institut Jena wird von Professor Thomas Stöhlker geleitet, der auch Leiter der Atom- und Plasmaphysik bei GSI ist.
]]>Viele Bachelorarbeiten, Diplomanden und Doktoranden hat Gisela Taucher-Scholz bereits seit 1990 bei GSI betreut. Ab dem Wintersemester 2012/2013 hält sie nun auch als Honorarprofessorin Vorlesungen an der TU Darmstadt und ist für das Mastermodul Strahlenbiophysik verantwortlich. Als Leiterin der Gruppe DNA-Reparatur wird sie den Studenten aktuellste Forschungsergebnisse über die Selbstheilungskräfte der Zelle vermitteln. Wird das Erbgut einer Zelle geschädigt, hat sie verschiedene Möglichkeiten sich zu erholen. Doch diese Reparaturmechanismen verändern sich, wenn die Zelle bestrahlt wird. Taucher-Scholz und ihre Kollegen erforschen diese Verändeurngen mit molekularen Methoden und sind darin weltweit führend.
Indem sie ein Projekt beim BMBF beantragte, legte Taucher-Scholz den Grundstein für das „Kompetenzzentrum für Strahlenbiologie“ in Darmstadt. Hier zu zählen mittlerweile zwei neue Lehrstühle. Weitere BMBF-geförderte Projekte sind das Ergebnis der intensiven Zusammenarbeit zwischen TU Darmstadt und GSI.
In den handschriftlichen Logbüchern ist es vermerkt: „16.10 Uhr Spaltung mit Kette“. Der Physiker Gottfried Münzenberg hatte am 29. August 1982 einen Eintrag zu einem beobachteten Zerfall geschrieben, der auf ein neues Element hinwies. Eisen-Ionen hatten die Wissenschaftler damals mit dem Linearbeschleuniger UNILAC, der immer noch bei GSI in Betrieb ist, auf Wismut geschossen. Aus den Zerfallsprodukten hatten die Physiker dann mit der Messaparatur SHIP (Separator for Heavy Ion reaction Products) gemessen, dass für einen kurzen Augenblick das Element 109 entstanden war. Auch die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) hat dieses Datum im Nachhinein als erstmalige Entdeckung bestätigt.
Meitnerium, benannt nach der österreichisch-schwedischen Physikerin und Mathematikerin Lise Meitner, ist ein radioaktives Metall. Doch viel mehr ist über die Eigenschaften des Elements noch nicht bekannt.
Mehr zu den neuen Elementen, die bei GSI erzeugt wurden
]]>Ein wesentlicher Baustein zur Anbindung der hessischen Universitäten und des Supercomputers LOEWE-CSC an das künftige internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), die erste Ausbaustufe des „FAIR Tera Net“, ist in Betrieb genommen worden. Bei einer kleinen Feierstunde am Standort von LOEWE-CSC drückten der Staatssekretär im Hessischen Ministerium für Wissenschaft und Kunst, Ingmar Jung und der Präsident der Goethe-Universität, Prof. Werner Müller-Esterl gemeinsam den symbolischen roten Knopf, zusammen mit dem Leiter des Center for Scientific Computing (CSC), Prof. Hans Jürgen Lüdde und LOEWE-CSC-Entwickler Prof. Volker Lindenstruth. Das Datennetz verbindet über eine Strecke von rund 100 Kilometern in der ersten Ausbaustufe die Computer des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, in dessen Nachbarschaft FAIR entsteht, mit der Goethe-Universität und mit dem in Frankfurt-Höchst stehenden Höchstleistungsrechner LOEWE-CSC – mit einer Zwischenstation beim weltweit größten Internetknoten in Frankfurt.
"FAIR-Tera Net“ schafft ein Datennetz des entstehenden Beschleunigerzentrums FAIR mit den anderen Hochleistungsrechnern und Forschungsinstituten in Hessen. Es verknüpft die Hochschulen und die Forschungszentren im Rhein-Main-Gebiet mit direktem Zugriff auf die gespeicherten und bei FAIR-Experimenten erzeugten Daten. Über das „Fair Tera Net“ können die Supercomputer sich gegenseitig in ihrer Arbeit unterstützen.
Die Übertragungsgeschwindigkeit wird in der Pilotphase 120 Gigabit pro Sekunde betragen, später soll sie auf mindestens 1 Terabit pro Sekunde fast verzehnfacht werden (dies entspricht der Übertragung einer großen PC-Festplatte in sechs Sekunden). Bereits jetzt ermöglicht das „FAIR Tera Net“, dass LOEWE-CSC Berechnungen für physikalische Experimente am Europäischen Kernforschungszentrum CERN in Genf übernimmt, mit dem das GSI-Helmholtzzentrum direkt verbunden ist. In Zukunft soll für FAIR in Darmstadt das GSI-Rechenzentrum „Green IT Cube“ in Betrieb gehen und damit weitere Supercomputerkapazität für die Forschung bereitstellen. Das „FAIR Tera Net“ wurde vom GSI-Helmholtzzentrum und vom Helmholtz International Center for FAIR (HIC for FAIR) gemeinsam realisiert und ist Teil der hessischen Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (LOEWE).
In der Feierstunde wurde auch dem Frankfurter Höchstleistungscomputer LOEWE-CSC der Titel „Ausgewählter Ort“ durch die Standortinitiative „Land der Ideen“ verliehen. Die Standortinitiative zeichnet in Zusammenarbeit mit der Deutschen Bank Projekte aus, die einen besonderen Beitrag zur Zukunftsfähigkeit Deutschlands leisten. LOEWE-CSC wurde als einer der ersten CO2-neutralen Supercomputer weltweit ausgezeichnet, da er nicht nur besonders schnell und energiesparend arbeitet, sondern auch vollständig mit Strom aus regenerativen Energiequellen betrieben wird. LOEWE-CSC, vor fast zwei Jahren in Betrieb genommen, ist derzeit der fünftschnellste Computer in Deutschland.
]]>Um Atome und Ionen in ihre Einzelteile aufzubrechen, schießen Forscher sie mit großer Wucht auf ein feststehendes Ziel, das Target. Für jedes Experiment wird ein spezielles Target aus einem bestimmten Material hergestellt. Das bietet viele Kombinationsmöglichkeiten. Beim GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung gibt es eines der weltweit besten Targetlabore. In dem INTDS-Workshop und der Tagung diskutierten Spezialisten für die Herstellung, Vermessung und Anwendung von Targets über den Einsatz in der beschleunigerbasierten Forschung und der Laserphysik. Die gemeinsam von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Technischen Universität Darmstadt, GSI und von den Helmholtz-Instituten Mainz und Jena organisierte Veranstaltung bot außerdem die Gelegenheit, einen Einblick in die jeweils verwendeten Techniken und Fragestellungen der verschiedenen Experten zu bekommen.
Bei Wissenschaft für Alle, dem öffentlichen Vortragsprogramm von GSI, am 22. August führte der Gründer des Mathematikums in Gießen seinem Publikum unterhaltsame und zum Teil verblüffende Versuche rund um das Thema Mathematik vor. Beutelspacher ist unter anderem ausgezeichnet mit dem „Communicator-Preis“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der für herausragende Leistungen in der Vermittlung von Wissenschaft verliehen wird.
Bei GSI zeigte er seinen Zuschauern, wie oft Mathematik uns in unserem Alltag begegnet, auch da wo man sie nicht vermutet. Dazu hatte er in seinem Vortrag eine Fülle von Versuchen dabei, oder mathematisch ausgedrückt: Ein Maximum an Experimenten pro Zeit.
Etwa 350 Besucher nutzten im GSI-Hörsaal und per Live-Übertragung im Foyer die Möglichkeit mitzuknobeln und mitzustaunen. „Der entscheidende Punkt bei einem mathematischen Experiment ist der Moment, in dem sich im Gehirn etwas tut“, erklärte Beutelspacher. „Das ist der Punkt an dem es Klick macht.“
Wie baue ich aus Fünfecken einen dreidimensionalen Körper und wie wird daraus ein Fußball? Woher kommt das Tetrapack? Oft haben Alltagsgegenstände ganz regelmäßige geometrische Formen. Das sieht nicht nur gut aus sondern ist auch praktisch in der Herstellung.
Der Mathematiker nahm seinen Zuschauern nicht nur die Angst vor geometrischen Formen, sondern auch vorm Rechnen. Große Zahlen machen die Mathematik oft abschreckend. Doch mit den richtigen Tricks lässt sich auch damit viel Spaß haben. Eine Aufgabe wie 885 mal 936 scheint ohne Taschenrechner zunächst einmal nur mit einem gewissen Aufwand lösbar. Mit dem richtigen Kniff, zum Beispiel mit Rechentricks aus Indien oder China, lässt sich diese Gleichung jedoch bestechend einfach in kürzester Zeit lösen. „Andere Kulturen benutzen in ihren Köpfen einfach eine andere "Software" zum Rechnen“, sagte Beutelspacher.
So einfach die Experimente, so faszinierend waren die Ergebnisse. „Klick“ machte es bei allen Zuschauern – und sie zeigten es mit kräftigem Applaus.
Karl Heinz und Charlotte Thode waren zum ersten Mal bei „Wissenschaft für Alle“ und nach dem Vortrag begeistert: „Wir hätten nicht gedacht, dass Mathematik so unterhaltsam sein kann“, sagte das Ehepaar aus Darmstadt. „In der Schule war es ja eher trocken. Aber hier bekommt man direkt Lust!“
Und wenn Beutelspacher dann aus zwei zusammengeklebten, in sich verdrehten Ringen mit wenigen Schnitten zwei ineinander verschlungene Herzen macht, dann hat er wohl an diesem Nachmittag bei fast jedem Zuschauer ein kleines Bisschen Liebe für die Mathematik geweckt.
Das Erdbeben und der Tsunami in Japan im März 2011 haben viele Opfer gefordert und ein unfassbares Maß an Zerstörung hinterlassen. Auch an GSI ist das nicht spurlos vorüber gegangen. GSI-Mitarbeiter hatten insgesamt 3.265 Euro gesammelt und an das Beschleuniger-Institut J-PARC (Japan Proton Accelerator Research Complex) gespendet. Die Führungsebene des Forschungszentrums hatte viele Möglichkeiten in Erwägung gezogen, die Spende einzusetzen. Sie entschied sich schließlich, sie Dr. Yoshio Yamazaki, dem stellvertretenden Leiter von RCS (Rapid Cycle Synchrotron), und seiner Familie zur Verfügung zu stellen. Das Wohnhaus des Vaters zweier Kinder stand unmittelbar an der Küste und wurde vom Tsunami schwer beschädigt.
Am 21. August bedankte sich Yamazaki im Rahmen der Target-Konferenz bei GSI für die Spenden: "Bei den GSI-Mitarbeiterinnen und -Mitarbeitern möchte ich mich im Namen meiner Familie für ihre Spende bedanken. Unser Haus war durch den Tsunami stark zerstört und diese Hilfe hat uns beim Wiederaufbau sehr geholfen. Ich finde es zeigt deutlich, wie eng die Beschleunigerzentren international zusammenarbeiten und auch im Krisenfall zusammenhalten. Umso glücklicher sind meine Familie und ich nun, dass wir im Rahmen der Konferenz INTDS 2012 zum ersten Mal GSI besichtigen konnten."
Auch machte GSI den japanischen Studenten und Postdocs das Angebot, ihre Forschung in Deutschland fortzusetzen während die japanischen Beschleunigeranlagen wegen des Erdbebens nicht mehr benutzbar waren. Zwei Studenten nahmen das Angebot an. Koordiniert wurden diese Aktivitäten von Dr. Kei Sugita aus der GSI-Beschleunigerabteilung.
Drei verschiedene Experimente führen die Materialwissenschaftler von GSI während der zwei Wochen Strahlzeit durch, in denen Hilbert sein Praktikum macht. „Ich schaue vor allem zu und lerne“, sagt der frischgebackene Abiturient. „Neu ist für mich die Ionoluminiszenz, die zurzeit untersucht wird.“ Bei diesem Experiment werden Kristalle mit schweren Ionen bestrahlt, erklärt Hilberts Betreuer Dr. Markus Bender weiter. Anschließend werde dann mit einem Spektrometer geprüft, ob der Kristall von den Ionen geschädigt wurde. Kristalle, die strahlungsresistent sein müssen, kommen unter anderem in Teilchendetektoren zum Einsatz.
Auf einem anderen Gebiet konnte Bender von dem „Jugend forscht“-Praktikanten sogar dazulernen. „Im ersten Experiment wollten wir herausfinden, was in kosmischen Wolken im Universum geschieht, wenn kosmische Strahlung die Bestandteile ionisiert“, erklärt Bender. „Dafür haben wir Gas, wie aus einer kosmischen Wolke, mit schweren Ionen bestrahlt. Danach konnten wir chemisch analysieren, ob neue Moleküle entstanden sind. Wie diese Analytik funktioniert, hat mir Marvin gut erklärt.“
Erfahrung mit Analytischer Chemie hat Hilbert aus seinem „Jugend forscht“-Projekt. Er fand heraus, wie verschiedene Aufbrühmethoden den Kaffee verändern. Er reichte die Arbeit, die er im Rahmen seiner Ausbildung zum Chemisch-Technischen Assistenten geschrieben hatte, bei „Jugend forscht“ ein, und belegte den vierten Platz. „Das meiste Koffein bekommt man, wenn man die Espressomaschine für den Herd zum Kaffee kochen benutzt“, fasst Hilbert seine Ergebnisse zusammen. „Am ineffizientesten extrahiert die elektrische Espressomaschine das Koffein.“
]]>E. Minaya Ramirez et al. “Direct mapping of nuclear shell effects in the heaviest elements” von, Science 2012
DOI: 10.1126/science.1225636
Link: https://dx.doi.org/10.1126/science.1225636
Dr. Michael Block
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Planckstrasse 1
64291 Darmstadt
https://www-dev.gsi.de
Prof. Dr. Christoph E. Düllmann
Helmholtz Institut Mainz und Institut für Kernchemie
Johannes Gutenberg-Universität
55099 Mainz
https://www.helmholtz.de/en/research/promoting_research/helmholtz_institutes/helm...
https://www.kernchemie.uni-mainz.de/index.php
Prof. Klaus Blaum
Max-Planck-Institut für Kernphysik
Saupfercheckweg 1
69117 Heidelberg
https://www.mpi-hd.mpg.de
Prof. Lutz Schweikhard
Institut für Physik
Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
17487 Greifswald
https://www.physik.uni-greifswald.de/physik01
Priv. Doz. Dr. Peter G. Thirolf
Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians- Universität
Am Coulombwall 1
85748 Garching
https://www.physik.uni-muenchen.de/index.html
Dr. Wolfgang Plaß
II. Physikalisches Institut
Justus-Liebig Universität
Heinrich-Buff-Ring 14
35392 Gießen
https://pcweb.physik.uni-giessen.de/exp2
]]>
Seit nunmehr 30 Jahren bietet das Sommer-Studenten-Programm jungen Wissenschaftlern aus der ganzen Welt die Möglichkeit, einen Einblick in die Arbeitsweise von GSI zu bekommen. Peter Hassenbach, kaufmännischer Geschäftsführer von GSI, und Jörn Knoll, Organisator des Studentenprogramms, hießen die Teilnehmer im Gästehaus von GSI willkommen. Das Sommerprogramm wird von der Doktorandenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) und GSI organisiert.
„Es ist toll, die Gelegenheit zu bekommen, in einem so fortschrittlichen Land wie Deutschland zu arbeiten“, sagt Sofya Bareaeva von der Internationalen Universität für Natur, Gesellschaft und Mensch Dubna in Russland. Sie ist eine der Teilnehmerinnen des diesjährigen Programms und wird hier bei GSI Teil einer Forschungsgruppe sein, die den Aufbau exotischer Atomkerne untersuchen. „Ich kann hier viel über mein Forschungsfeld, aber auch über die Technologien lernen.“
Auch Efim Rozenbaum wird sich in den acht Wochen, die er bei GSI verbringt, einer Forschungsgruppe anschließen. In seiner Heimat beschäftigt er sich vorwiegend mit Reaktionen wasserstoffähnlicher Ionen in Laserfeldern. Hier wird er sich zusammen mit den Forschern dem Thema Atomphysik mit hoch geladenen Ionen widmen. „Ich denke, es ist wichtig, experimentell zu arbeiten, um besser verstehen zu können, was passiert“, sagt der russische Student von der Staatlichen Universität Sankt Petersburg. „Ich bin nach Deutschland gekommen, um zu sehen, wie Physiker aus anderen Nationen arbeiten.“
Sergiy Trotsenko wird Efim Rozenbaum während des Sommerprogramms bei seiner Arbeit betreuen: „Die Teilnehmer können hier lernen, wie wir arbeiten. Diese internationale Zusammenarbeit ist wichtig. Vielleicht können sie später dann auch ein Teil unserer Forschungsgruppe bei GSI oder FAIR werden.“
Neben motivierenden Worten für die Forschungsarbeiten lud Peter Hassenbach die Gäste außerdem dazu ein, die Stadt Darmstadt und die Region kennen zu lernen. Die Studenten sind dafür auch mit Fahrrädern ausgestattet, die es ihnen ermöglichen, die Gegend zu erkunden.
40 Leserinnen und Leser besuchten am 6. August den Vortrag über die GSI-Forschung und nahmen anschließenden in mehreren Gruppen an der Besichtigung der GSI-Anlage teil. Besonders die Krebs-Therapie und die Beschleunigeranlage FAIR faszinierte die Besucher.
Neben GSI stehen unter anderem das Vivarium, das Europäische Satellitenkontrollzentrum ESOC und die Kompostieranlage auf dem Programm.
]]>Unsere Materie auf der Erde ist aus Atomen aufgebaut. Alle Atome, die dieselbe elektrische Ladung im Atomkern besitzen, werden als ein chemisches Element klassifiziert. Bislang sind 114 chemische Elemente bekannt. Von jedem Element gibt es unterschiedliche Sorten, die so genannten Isotope, deren Atomkerne zwar dieselbe elektrische Ladung besitzen, die sich jedoch durch ihre Masse unterscheiden. Die Entdeckung eines neuen Atomkerns entspricht somit der Entdeckung eines neuen Isotops. Insgesamt haben die Forscher ca. 3.100 Isotope beobachtet, weitere tausend unbekannte sind vorausgesagt.
Besonders spannend für die Wissenschaftler sind sehr schwere oder sehr leichte Isotope eines Elements. Sie spielen zum Verständnis der Elementerzeugung in Sternen und Sternexplosionen eine große Rolle. Aufgrund ihrer Kurzlebigkeit kommen sie jedoch auf der Erde natürlich nicht vor. Wissenschaftler wie Münzenberg und Geissel versuchen deshalb, sie im Labor künstlich zu erzeugen und zu analysieren. Dazu beschleunigen sie Atomkerne und schießen sie auf Materialproben. Beim Aufprall entstehen die neuen Isotope als Fragmente. Mithilfe von Separatoren an der GSI-Beschleunigeranlage können sie aussortiert und untersucht werden.
„Angefangen mit der Erzeugung von Isotopen haben wir 1977. Als wir die ersten neuen Kerne an ihrem Zerfall erkannten, waren wir unglaublich aufgeregt“, berichtet Münzenberg, der mittlerweile im Ruhestand ist. „ Wir wollen wissen, wo die Grenzen der Nuklidlandschaft sind. Wo kann Materie noch existieren? Und was für eine Form haben die Kerne? Wir wollen viele dieser exotischen Kerne finden, um die Landschaft zu entdecken, und dann die interessanten untersuchen.“ Von seinem Weltrekord war Münzenberg angenehm überrascht. Zwar habe er gewusst, dass er einen großen Beitrag geleistet hätte, er hätte aber nicht sagen können wie viele es waren.
Auf dem dritten Platz liegt der Wegbereiter der Kernmassenmessung, Francis William Aston aus Cambridge, der für seine Isotopen-Entdeckungen bereits 1922 den Nobelpreis für Chemie erhielt. Er identifizierte Anfang des 20. Jahrhunderts viele der natürlich vorkommenden Isotope, insgesamt 207. Weitere GSI-Wissenschaftler sind ihm dicht auf den Fersen, beispielsweise Peter Armbruster auf dem vierten Platz. Aus der Liste der Top 25 haben 22 Isotopen-Entdecker auch bei GSI geforscht.
Thoennessen hat gemeinsam mit seinen Studenten von allen Isotopen die Entdecker nach Person und nach Labor anhand von wissenschaftlichen Veröffentlichungen zusammengetragen. Als anerkannt galt das Isotop für ihn, wenn seine Masse und seine Ladung gemessen und publiziert wurden. Das Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, USA, führt mit 635 entdeckten Isotopen als Labor die Statistik an. Doch auch hier ist GSI bereits auf Platz zwei mit 372 Isotopen.
Der Weltrekord von Münzenberg wird mit großer Wahrscheinlichkeit überboten werden , wenn in den nächsten Jahren das Beschleunigerzentrum Fair (Facility for Antiproton and Ion Research) bei GSI den Betrieb aufnimmt. An der Fair-Anlage können innerhalb kürzester Zeit viele neue Isotope erzeugt werden.
Weitere Informationen zur Isotopen-Forschung von Michael Thoennessen: https://www.nscl.msu.edu/~thoennes/isotopes/
Die Nuklidkarte zum Download: PDF-Datei der Nuklidkarte
Systeme entgegengesetzter Chiralität (Händigkeit) lassen sich trotz gleicher Bestandteile nicht durch Drehung mit ihrem Spiegelbild zur Deckung bringen, genauso wenig wie linke und rechte Hand. Sie wechselwirken auf Grund der unterschiedlichen Anordnung ihrer Bestandteile verschieden mit ihrer Umgebung. Atomare und molekulare Eigenschaften sind durch die Dynamik des Elektronensystems bestimmt. Dieser Aspekt konnte bisher für chirale Systeme kaum untersucht werden, weil die dazu erforderlichen aufwändigen experimentellen Techniken und theoretischen Methoden erst in den vergangenen Jahren unter maßgeblicher Beteiligung der Verbundpartner entwickelt wurden. Auf Grund der komplementären Expertisen der experimentell arbeitenden Verbundpartner können im LOEWE-Schwerpunkt ELCH erstmals fast alle in der Natur verfügbaren chiralen Sonden genutzt werden, um im Vergleich mit theoretisch und numerisch anspruchsvollen Modellen der theoretisch orientierten Partner grundlegende Fragestellungen zur Chiralität in der Elektronendynamik zu beantworten.
]]>Am 17. Juli nahm Chiara La Tessa den Preis in Mysore im Süden Indiens entgegen. Die Zeldovich-Medaille wird alle zwei Jahr vom Internationalen Komitee für Weltraumforschung (COSPAR) und von der Russischen Akademie der Wissenschaft an junge Forscher vergeben. Benannt ist die Medaille nach Jakow Borissowitsch Seldowitsch, einem sowjetischen Physiker der in der Astrophysik, der Kosmologie und vielen anderen physikalischen Disziplinen große Beiträge geleistet hat.
]]>Die Atmung ist ein sehr komplexer Vorgang. Ist ein Mensch aufgeregt oder entspannt, hustet oder räuspert er sich – stets geht seine Atmung in einem anderen Takt. Bei jeder dieser Bewegungen zieht das Zwerchfell die Lunge und somit alle inneren Organe hin und her. Auch der Tumor in einer Lunge ist so stets in Bewegung.
Um die Behandlung eines Lungentumors zu entwickeln haben die Wissenschaftler zunächst einen Brustkorb auf Basis eines Lehrskeletts nachgebaut. „Wir nennen das Thorax-Modell ‘Bruce Lee’“, erzählt Dr. Robert Kaderka, Biophysiker bei GSI. Inspiriert habe sie der Handelsname „Skelett Bruce“. Das Modell besteht aus Haut, Rippen, einer Wirbelsäule und dem zu bestrahlenden Tumor. Ein Elektromotor hebt und senkt den Brustkorb wie bei der Atmung. „Gleichzeitig bewegt ein Roboterarm den Tumor auf realistische Weise in der Lunge mit“, so Kaderka weiter.
Um den Tumor zu bestrahlen, haben die Forscher zunächst eine zeitaufgelöste CT-Aufnahme des Brustkorbs gemacht. So wissen sie genau, wie sich der Tumor während eines Atemzugs bewegt und können die Bestrahlung planen. Während das Modell bestrahlt wird, nehmen Kameras die Bewegung des Brustkorbs von außen in Echtzeit auf. Diese Information speisen sie in eine Software ein. „Die Software simuliert ein neuronales Netzwerk, also ein Gehirn“, sagt Privatdozent Dr. Christoph Bert, Leiter der Gruppe Medizinische Physik bei GSI. „Sie lernt wie ein bestimmter Mensch atmet.“ Aus diesen Daten kann die Software auf die Bewegung des Tumors in der Lunge schließen und innerhalb von Millisekunden den Schwerionenstrahl anpassen.
In dem künstlichen Tumor befinden sich 20 Ionisationskammern und fünf radiografische Filme, die aufzeichnen, ob der Strahl tatsächlich dort ankommt, wo er schädliche Tumorzellen zerstören soll. Das ist entscheidend, denn trifft der Schwerionenstrahl nicht genau den Tumor, kann das umliegende Gewebe geschädigt werden. Außerdem ist die Dosis im Tumor dann zu gering, um alle Krebszellen abzutöten. Noch werden die Ergebnisse ausgewertet, aber die Wissenschaftler sind zuversichtlich, dass die Bestrahlung erfolgreich war.
Die Kameras und die Software kommen aus Mailand. Matteo Seregni und seine Kollegen haben das nötige Know-How, um sie zu bedienen. Er ist Doktorand am Polytechnikum Mailand und war drei Monate bei GSI vor Ort um die Experimente vorzubereiten. Nur durch geschickte Kombination von Spezialisten und durch die internationale Zusammenarbeit kann ein solches Projekt in diesem Zeitrahmen umgesetzt werden. Sowohl die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Siemens AG, als auch die EU-Projekte ENVISION (European NoVel Imaging Systems for ION therapy) und ULICE (Union of Light-Ion Centres in Europe) haben verschiedene Teile des Aufbaus unterstützt.
Originalveröffentlichung:
„A breathing thorax phantom with independently programmable 6D tumour motion for dosimetric measurements in radiation therapy“, P. Steidl et al., Physics in Medicine and Biology, 21. April 2012;57(8):2235-50. Epub 2012 Mar 29.
]]>Dr. Gerhard Kraft, Biophysiker bei GSI und Pressesprecher Dr. Ingo Peter begrüßten die Gäste am Beschleunigermodell am Teich vor dem Gästehaus und gaben ihnen einen kurzen Überblick über GSI und insbesondere die Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Anschließend wanderte die Gruppe über die Prinzenschneise zum Baufeld von FAIR. Dort erhielten die Wanderer neueste Informationen zum FAIR-Bau und zur geplanten Forschung bei FAIR.
Dieser Ausflug war der erste von fünf Sommerwanderungen mit Brigitte Zypries durch die Darmstädter Region.
]]>Aus Interesse an einem naturwissenschaftlichen Studium nach dem Abitur hatten sich die meisten für einen Tag bei GSI entschieden. Andere kannten GSI bereits durch Saturday Morning Physics. „Ich möchte etwas im Bereich Strahlenschutz studieren“, sagte eine Teilnehmerin.
Dr. Michael Block von der Abteilung Superschwere Elemente-Physik zeigte den Schülerinnen die Beschleunigeranlagen, den Therapieplatz, das SHIP/SHIPTRAP- und das HADES-Experiment. „Wenn ein Forscher die Anlagen und Apparaturen, mit denen er täglich arbeitet, zeigt und verständlich erklärt, weckt das am ehesten die Begeisterung für Naturwissenschaften und die Faszination für Grundlagenforschung“, so Block.
]]>Der Preis ist mit 5000 Euro dotiert. Märtin bekam den Preis am 19. Mai in Heidelberg für ihre Arbeit „Röntgenpolarimetrie angewandt zur Untersuchung der Bremsstrahlung spinpolarisierter Elektronen“ überreicht.
]]>Sie informierten sich bei einer Führung und einem Vortrag über die aktuelle Forschung und den Bau von FAIR. Der Besuch stand unter dem Titel „Wie Forscher Gold herstellen und gleichzeitig Krebs behandeln“. Unter den Gästen befand sich auch Michael Siebel, stellvertretender SPD-Fraktionsvorsitzender im Hessischen Landtag und Sprecher für Wissenschaft, Kunst und Medien.
Das Ziel der Friedrich-Ebert-Stiftung – benannt nach dem ersten demokratisch gewählten deutschen Reichspräsidenten Friedrich Ebert – ist es, Menschen aus allen Lebensbereichen politische und gesellschaftliche Bildung zugänglich machen.
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Was passiert, wenn ein Stern am Ende seines Lebens noch einmal hell aufleuchtet und sich dann in einer Supernovaexplosion in einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch verwandelt? Zum Verständnis dieses Vorgangs haben Karlheinz Langanke und Friedel Thielemann im Laufe ihrer Karriere herausragende Beiträge geleistet. Für diese Verdienste in der Nuklearen Astrophysik bekommen sie am 20. September 2012 den Lise-Meitner-Preis auf der Europäischen Kernphysik-Konferenz in Bukarest überreicht. Der Preis wird alle zwei Jahre vergeben.
Die langjährige Freundschaft der beiden Preisträger habe ihre Arbeit maßgeblich beeinflusst, so Karlheinz Langanke. Während sich Friedel Thielemann auf die Astrophysik spezialisierte, wurde Karlheinz Langanke zum Experten in der theoretischen Kernphysik. Wissen auf beiden Gebieten ist nötig, um die Vorgänge bei Supernovae zu verstehen. "Unsere Forschungsgebiete sind ineinander eng verzahnt", sagt Karlheinz Langanke. "Es freut mich deshalb besonders, dass ich den Lise-Meitner-Preis zusammen mit Friedel Thielemann verliehen bekomme."
"Auch an FAIR, der neuen Beschleunigeranlage, die gerade bei GSI gebaut wird, geht es um die Erforschung nuklearer und astrophysikalischer Prozesse", sagt Horst Stöcker, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI. "Karlheinz Langanke und Friedel Thielemann sind die führenden Experten auf diesen Gebieten, was durch die Verleihung des Lise-Meitner-Preises erneut bestätigt wird. Ihr Wissen wird die Forschung bei FAIR entscheidend vorantreiben."
Karlheinz Langanke, geboren am 13. Februar 1951 in Bockum-Hövel studierte und promovierte in Münster. Nachdem er von 1992 bis 1996 Mitglied der Fakultät am California Institute of Technology war, nahm er einen Lehrstuhl für Theoretische Physik an der Universität Aarhus in Dänemark an. Seit 2005 ist er Professor für Theoretische Physik an der TU Darmstadt und Forschungsdirektor an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH. Langanke ist außerdem Senior Fellow am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS).
Friedel Thielemann, der am 17. April 1951 in Mülheim an der Ruhr geboren wurde, studierte und promovierte an der TU Darmstadt. Wie Langanke war er am Caltech in Kalifornien und war außerdem von 1991 bis 1994 Professor in Harvard. Heute ist er Professor an der Universität Basel. Im Rahmen des Humboldt Forschungspreises, den er 2009 verliehen bekam, ist Thielemann regelmäßig bei GSI.
]]>Kontakt für Presseanfragen:
Dr. Ingo Peter
Tel: +49-6159-71-1397
E-Mail: i.peter(at)gsi.de
Originalveröffentlichung: „Superallowed Gamow-Teller Decay of the Doubly Magic Nucleus Sn-100“, Christoph B. Hinke et al., Nature, 20. Juni 2012 – DOI: 10.1038/nature11116
Nature-Artikel
Um einen Schachweltmeister zu besiegen, wie es „Deep Blue“ getan hat, ist keine menschliche Intelligenz sondern nur Rechenleistung nötig. Von Stryks Fußball-Roboter sind dagegen in der Lage einen Ball zu finden, zu spielen, mit Mannschaftsmitgliedern zu kommunizieren und sich aus verschiedensten Positionen wieder aufzurichten, wenn sie umgefallen sind.
Wahrnehmen, planen, agieren – wessen Roboter das am besten können, wird jedes Jahr beim „RoboCup“, der Roboter-Fußball-WM, entschieden. Oskar von Stryk und sein Team gewannen mit den „Darmstadt Dribblers“ bereits zweimal. Videos von den ersten Wettbewerben 2004 zeigen, wie unbeholfen die ersten Versuche waren: Roboter, die den Ball nicht erkennen und umfallen, sobald sie einen Schritt machen wollen, sorgen für Lacher im Publikum. Professionell und geradezu menschlich wirkt dagegen „Bruno“, den von Stryk mitgebracht hat. Der nach seinem Paten Bruno Labbadia benannte Roboter beginnt, kaum eingeschaltet, den Kopf suchend nach dem Ball zu drehen.
Die Schwäche der Roboter sei, dass sie auf ihre Sensorik angewiesen wären, so von Stryk. Roboter führen jede Bewegung kontrolliert aus. Menschen hingegen, lernen Bewegungen und können diese dann automatisch ausführen. Die neue Herausforderung sei es nun, Roboter zu entwickeln, die elastische Bewegungen ausführen könnten, so von Stryk. Das sei menschlicher.
]]>Im Hollywood-Film „Iron Man 2“ baut Hauptdarsteller Robert Downey Jr. alleine innerhalb eines Nachmittags einen Teilchenbeschleuniger und stellt damit ein neues Element her – und das im sexy Muskelshirt. „Sie fragen sich sicher, warum das bei(m Teilchenbeschleuniger-Projekt) FAIR so lange dauert“, sagt Sascha Vogel zu den Zuschauern, die am 24. April in die Centralstation (Darmstadt) gekommen sind. „Bei uns sieht man so aus, wenn man einen Teilchenbeschleuniger baut“, sagt er und zeigt das Bild einer Person im Ganzköperanzug inklusive Atemmaske. Auch das actiongeladene Funkensprühen und der Einsatz eines Schlagbohrers beim Beschleunigerbau in den nächsten Filmszenen entspringen der Fantasie der Hollywood-Regisseure.
Wie bei einem Science Slam üblich, präsentiert Sascha Vogel ein aktuelles Thema aus der Wissenschaft kurz, verständlich und vor allem unterhaltsam. Wissenschaft soll leichter zugänglich werden und Spaß machen. Dieses Ziel erreicht Sascha Vogel auch mit seinem nächsten Beispiel: Im Film „Ice Age 2“ wird ein Opossum durch die Luft geschleudert, es landet frontal an einem Baum und hinterlässt einen Abdruck in der Rinde. „Das Opossum müsste mit einem Druck von 70 Newton pro Quadratmillimeter gegen den Stamm prallen, um das Holz einzudrücken. Hier im Film sind es höchstens 0,2“, rechnet er vor und hat die Lacher auf seiner Seite.
Dr. Sascha Vogel ist theoretischer Physiker bei HIC for FAIR (Helmholtz International Center for FAIR). Für den neuen Teilchenbeschleuniger FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), der bei GSI in Darmstadt gebaut wird, bündelt HIC die Forschungskompetenz verschiedener hessischer Universitäten. Sascha Vogels Hauptaufgabe ist zurzeit die Koordination der Helmholtz-Graduiertenschule HGS-HIRe, an der Helmholtz-Doktorandinnen und -Doktoranden betreut werden.
Beim Special Science Slam, der im Rahmen der Veranstaltungsreihe 'Forum Wissenschaft + Kunst' des Hessischen Ministeriums für Wissenschaft und Kunst stattfand, setzte sich Sascha Vogel gegen acht Konkurrenten durch. Die Themen der Beiträge erstreckten sich von IT-Sicherheit über die Frage „Wer will wissen, wie sein eigener Urin schmeckt?“ bis hin zu Biodiversität und Tumortherapie. Vogel hatte als einziger den Vorteil bereits einmal an einem Science Slam teilgenommen zu haben.
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]]>Untersucht werden sollen die Langzeitwirkungen einer Strahlenexposition mit niedrigen Radon-Strahlendosen und die für den therapeutischen Nutzen wichtigen Mechanismen der Entzündungshemmung. Patienten unterziehen sich einer Radontherapie für chronisch entzündliche Erkrankungen des Bewegungsapparates, wie zum Beispiel Rheuma, sowie der Atemwege und der Haut. Dazu begeben sie sich in Bergstollen, in denen natürlicherweise eine erhöhte Radonkonzentration vorhanden ist. Die Wirkungsweise ist bisher weitgehend unbekannt. Das neue Forschungsprojekt hat zum Ziel, den Wirkmechanismus von Radon zu klären und auf ein solides wissenschaftliches Fundament zu stellen. Außerdem sollen Risiken wie etwa die Gefahr der Krebserzeugung durch niedrige Strahlendosen des Radons besser abgeschätzt werden. Dies betrifft neben Radontherapie-Patienten vor allem die Bevölkerung in ehemaligen Abbaugebieten von Uranerzen.
"Geplant ist der Bau einer Radon-Kammer, in der Zellkulturen der Radon-Strahlung ausgesetzt werden können", berichtet Dr. Claudia Fournier aus der Abteilung Biophysik bei GSI, die Leiterin des Projekts. "Durch Untersuchung der Erbinformation der bestrahlten Zellen sollen Rückschlüsse auf die schädigende Wirkung sowie mögliche Langzeitfolgen gewonnen werden. Für ausgesuchte Fragestellungen werden auch rheumatische Mäuse bestrahlt, um die physiologischen Gegebenheiten im Patienten zu simulieren. Die therapeutische Wirkung von Radon in der Entzündungshemmung soll mit der von Röntgenstrahlung und der in der Tumortherapie erfolgreich eingesetzten Schwerionenstrahlung verglichen werden. Um die therapeutische Wirkung des Radons, die um Wochen verzögert auftritt und dann Monate lang anhält, zu verstehen, müssen die zellulären und molekulare Wirkungsmechanismen aufgeklärt werden." Auch ein möglicher Einfluss auf die Schmerzwahrnehmung soll untersucht werden. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, bestehende Therapien anzupassen und zu optimieren.
In dem Projekt Grewis werden wissenschaftliche Techniken und Kenntnisse verschiedener Institute zusammengebracht – auch von Fachleuten, die bisher keine Strahlenbiologie betreiben. Das Projekt ist eines der zentralen Forschungsprojekte des Strahlenbiologischen Zentrums Darmstadt, das für Wissenschaftler von GSI und der Technischen Universität Darmstadt den Rahmen für gemeinsame Forschung und Lehre zu aktuellen strahlenbiologischen Themen und Problemen bildet. Die Auseinandersetzung von jungen Wissenschaftlern mit den vielseitigen Aspekten der Radon-Problematik soll durch den Einsatz von Doktoranden und Postdocs besonders gefördert werden.
]]>Dem Auftrag vorausgegangen war im Jahr 2008 der erfolgreiche Bau eines Prototyps bei Babcock Noell, der im Magnetteststand bei GSI auf Herz und Nieren geprüft und allen Anforderungen gerecht wurde. Zuvor hatten GSI-Wissenschaftler zusammen mit Kollegen des russischen Beschleunigerlabors JINR in Dubna jahrelange Entwicklungsarbeiten geleistet. Sie ließen Erkenntnisse über supraleitende Magnete einfließen, die im Beschleuniger in Dubna bereits zum Einsatz kommen.
Die Magnete werden supraleitende Spulen besitzen, deren Magnetfeld extrem schnell verändert werden kann. Durch die Supraleitung können die hohen Felder von 1,9 Tesla (das entspricht dem 40.000-fachen des Erdmagnetfelds) mit minimierten Betriebskosten erzeugt werden. Die Kombination von Supraleitung und schnell veränderlichem Magnetfeld ist in dieser Form einzigartig. Jedes der 113 Geräte hat eine Länge von drei Metern und ein Gewicht von fast zwei Tonnen.
FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) ist eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. Die Forschungsanlage erlaubt eine Vielfalt von Experimenten, an denen Physiker aus der ganzen Welt beteiligt sind. Es können Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums gewonnen werden.
]]>Die Partnerschaft zwischen GSI und Kinderuni ist seit bald einem Jahr erprobt und bewährt. Zur Eröffnungsveranstaltung der Kinderuni Darmstadt am 30. April 2011 öffnete GSI ihr neues Konferenzgebäude für die etwa 200 Besucherinnen und Besucher der Kinderuni - mit dem GSI-Forschungsdirektor Professor Karlheinz Langanke als begrüßendem Gastgeber und dem Beschleunigerphysiker Jens Stadlmann als Referenten zum Thema "Rennstrecken für Atome". Auch die zweite GSI-Vorlesung "Coole Sachen" am 29. Oktober 2011 mit Piotr Kowina zeigte das lebhafte Interesse der Kinder an der Wissenschaft, speziell an der Kryotechnik und der damit verbundenen, faszinierenden Reaktion verschiedener Materialien auf extreme Kälte.
"Kinder sind von Natur aus neugierig und saugen Wissen wie ein Schwamm in sich auf. Was Kinder an Wissen, aber auch an Freude am Forschen und Erkennen lernen, das vergessen sie nicht und werden diese Begeisterung fürs Leben behalten. Dies ist ein hohes und erstrebenswertes Gut, das eine Großforschungseinrichtung wie GSI unbedingt fördern muss. Deshalb kooperieren wir gerne mit der Kinderuni Darmstadt. Neben unserem erfolgreichen Schülerlabor und Sommerstudentenprogramm rundet dies unsere Bemühungen ab, jungen Menschen die Freude des Forschens zu vermitteln", sagt Professor Karlheinz Langanke, Forschungsdirektor von GSI. Über die nun vereinbarte Kooperation hinaus unterstützt das bei GSI angesiedelte Extreme Matter Institut EMMI die Aktivitäten der Kinderuni.
Im Rahmen der Kinderuni-Vorlesungen folgen Kinder ab 8 Jahren gespannt den Ausführungen der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, um durch eine anschauliche Vermittlung der Inhalte und durch Experimente mehr über die Phänomene zum Beispiel unserer Materie und der Kern- und Atomphysik zu erfahren. Ziel der wissenschaftlichen Forschung von GSI ist es, die uns umgebende Materie in ihrem Aufbau und Verhalten zu verstehen. GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionen. Forscher aus aller Welt nutzen die Anlage für Experimente, durch die sie faszinierende Entdeckungen in der Grundlagenforschung machen. Auch mit eigenen Vortragsreihen wie zum Beispiel "Wissenschaft für Alle" und weiteren Programmen für Schülerinnen, Schüler und Studierende bereitet GSI komplexe wissenschaftliche Inhalte informativ und anschaulich auf.
Die Kinderuni Darmstadt hat mit insgesamt sieben Vorlesungen und einem ScienceCamp allein in 2011 ein fundiertes wissenschaftliches, außerschulisches Angebot für Kinder an wechselnden Orten, mit rund 1.800 teilnehmenden Kindern und Eltern, geschaffen. Lernfördernde und vertiefende Angebote wie die im April und Mai stattfindenden Lerntrainings und Familien¬Studientage entwickeln den Spaß am Lernen und Entdecken in einer Gemeinschaft.
Weitere Informationen über die Studienangebote der Kinderuni unter: www.kinderuni-darmstadt.de
]]>Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In der Regel einmal pro Monat findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt.
Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab - nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden sowohl von GSI- und FAIR-Mitarbeitern als auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Alle Vorträge finden im Hörsaal bei GSI, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Beginn ist jeweils um 14 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie auf unserer Webseite www-dev.gsi.de/wfa
„Ich freue mich sehr, heute offiziell den Startschuss zum Bau der zentralen Beschleuniger- und Experimentkomponenten für dieses weltweit einzigartige Beschleunigerzentrum geben zu können. Wir investieren in diese Hochtechnologie, um Deutschlands Rolle in der globalen Wissenschaft zu stärken“, sagte Braun. Das FAIR-Projekt hat einen Gesamtkostenrahmen von rund einer Milliarde Euro, wobei Deutschland mit 705 Millionen Euro Hauptgeldgeber ist. Neun Staaten haben im Oktober 2010 das Übereinkommen über den Bau und Betrieb von FAIR unterzeichnet: Deutschland, Finnland, Frankreich, Indien, Polen, Rumänien, Russland, Schweden und Slowenien.
„Die langjährigen Entwicklungsarbeiten haben sich gelohnt. Mit den heute bewilligten Mitteln starten wir mit der Serienfertigung der Magneten für den zentralen Ring-Beschleuniger des FAIR-Projektes „SIS100“, und weiterer Komponenten für unsere Forschungsprogramme“, sagte Horst Stöcker, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI. Zahlreiche Komponenten für die FAIR-Beschleuniger sind Entwicklungen, die auf neuen technologischen Konzepten basieren und höchste technische Anforderungen erfüllen müssen.
Im Endausbau wird FAIR aus acht Kreisbeschleunigern mit bis zu 1.100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren bestehen. Die bereits existierende GSI-Beschleunigeranlage dient dabei als Vorbeschleuniger.
FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten ermöglichen, durch die Wissenschaftler aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall erwarten. Schon heute arbeiten etwa 3.000 Wissenschaftler aus über 40 Ländern an der Planung der Experimentier- und Beschleunigeranlagen.
]]>Die Veranstaltungsreihe "Saturday Morning Physics" ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Der Besuch bei GSI ist die einzige Exkursion, die innerhalb der Reihe stattfindet. Zur Website von Saturday Morning Physics: www.satmorphy.de
]]>Die Baufeldfreimachung erfolgt in zwei Abschnitten. Das Baufeld im Bereich östlich von GSI und südlich der Prinzenschneise wird bis voraussichtlich Ende Februar gerodet, wobei die Dauer dieser Maßnahme stark von den Witterungsverhältnissen abhängig ist. Die Flächen für den unterirdischen Ringbeschleuniger im Bereich nördlich der Prinzenschneise folgen in einem zweiten Abschnitt im Winter 2012/2013.
„Nach dem Bau von FAIR kann auf einem Großteil der Baufläche wieder Wald aufgeforstet werden. Insbesondere wird der Bereich des unterirdischen Beschleunigerrings nördlich der Prinzenschneise wieder vollständig mit Wald bepflanzt“, erklärt Direktor Günther Rosner von der FAIR GmbH. „Weitere Aufforstungen sind im Süden der FAIR-Anlage vorgesehen, wo sich zu Beginn der Baumaßnahmen die Baustelleneinrichtungsflächen befinden. Darüber hinaus sind umfangreiche Ersatzaufforstungen, zum Beispiel in Arheilgen, geplant und zum Teil bereits durchgeführt, so dass nach Fertigstellung von FAIR die Waldbilanz insgesamt, wie gesetzlich vorgeschrieben, wieder vollständig ausgeglichen sein wird. Das Baugebiet wird nach dem Ende der Arbeiten zu einer naturnahen waldartigen Parklandschaft umgestaltet.“
Aus Sicherheitsgründen kommt es im Bereich der Prinzenschneise während der Rodungsarbeiten zu Sperrungen. Mit Beginn der Baustelleneinrichtung vom Frühsommer 2012 an wird die Prinzenschneise für die Dauer der Bauarbeiten voraussichtlich vollständig gesperrt sein. Ein Umleitungskonzept für Radfahrer, Spaziergänger und Läufer wird ausgeschildert. Nach Beendigung der Bauarbeiten ist die Prinzenschneise wieder voll zugänglich.
An der Beschleunigeranlage FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Wissenschaftler aus aller Welt neue Einblicke in den mikroskopischen Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall erwarten. Das FAIR-Beschleunigerzentrum wird in Darmstadt errichtet und ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. Schon heute arbeiten etwa 3.000 Wissenschaftler aus über 40 Ländern an der Planung der Experimentier- und Beschleunigeranlagen. FAIR wird Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Qualität und Intensität liefern. Im Endausbau besteht die kompakte FAIR-Beschleunigeranlage aus acht Kreisbeschleunigern mit bis zu 1.100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden als Vorbeschleuniger dienen.
]]>Robert Kaderka hat im Rahmen seiner Arbeit für verschiedene Bestrahlungsmethoden die Streustrahlung ins Gewebe außerhalb des bestrahlten Tumors untersucht. Dabei hat er verschiedene Bestrahlungsmodalitäten an internationalen Behandlungszentren verglichen und gemessen. Er konnte nachweisen, dass die bei GSI entwickelte Therapiemethode die geringste Belastung des Normalgewebes herbeiführt und damit die geringsten Nebenwirkungen für Patienten hat. Robert Kaderka hat seine Doktorarbeit am Institut für Festkörperphysik der Technischen Universität Darmstadt unter Leitung von Professor Dr. Marco Durante, dem Leiter der Abteilung Biophysik bei GSI, verfasst.
Ingmar Schlampp hat in seiner Arbeit die Reaktionen im Normalgewebe von Patienten nach einer Tumortherapie mit schweren Ionen über sechs Jahre nachverfolgt, analysiert und mit konventioneller Bestrahlung verglichen. Er konnte nachweisen, dass die Dosisbelastung bei der Ionentherapie geringer und damit von Vorteil für die Patienten ist. Ingmar Schlampp hat seine Arbeit am Radiologischen Institut des Markus Krankenhaus in Frankfurt unter Leitung von Professor Dr. Daniela Schulz-Ertner angefertigt und an der Medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg eingereicht.
]]>Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Röntgenium und kürzlich erst Copernicium – so lauten die Namen der Elemente die in Darmstadt von Forschern des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in den vergangenen 30 Jahren entdeckt und getauft wurden. Darmstadtium ds 110 – so heißt auch das Wissenschafts- und Kongresszentrum im Herzen Darmstadts, dessen Veranstaltungsräume konsequenterweise die Namen von chemischen Elementen tragen. Vervollständigt wird das Team durch die Merck KGaA, die weltweit zu den größten Chemieunternehmen zählt. Ein Periodensystem gibt Merck im Rahmen der Schulförderung schon seit einigen Jahren an die Darmstädter Schulen heraus. Die Idee, sich mit der GSI und dem darmstadtium zusammen zu tun, traf dennoch auf offene Ohren.
Besonders wichtig war es den Initiatoren bei einer Neuauflage des Periodensystems, auf Änderungswünsche der Lehrerinnen und Lehrer einzugehen. So standen Torsten Gürges vom GSI Schülerlabor und der Heinrich-Heine-Schule in Sprendlingen und Hubertus Volz von der Justus-Liebig-Schule in Darmstadt beratend zur Seite. Wichtig in diesem Zusammenhang war die Berücksichtigung der Normen der IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Hier unterstützte Dr. Wolfgang Baden, bei Merck für Produktdaten und interaktive Periodensysteme im WEB verantwortlich, das kleine PSE Team. Auf diesem Weg entstand ein Periodensystem, das optimal auf den hessischen Chemieunterricht abgestimmt ist. Farblich sehr ansprechend, informativ und praktisch im DIN A4 Format, wird das PSE ab sofort allen Darmstädter Schulen für die Schülerinnen und Schüler ab der Jahrgangsstufe 7, von Merck und der GSI zur Verfügung gestellt.
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Jutta Leroudier,
Leiterin GSI-Schülerlabor
Phone.: +49 6159 712634
Fax: +49 6159 713010
E-mail: j.leroudier@gsi.de
Merck KGaA
Dr. Christa Jansen
Sponsoring/Schulförderung
Phone: +49 (0) 6151/726173
Fax: +49 (0) 6151/72916173
Email: christa.jansen@merck.de
Pressekontakt:
Jana Bethge-Henniger
Wissenschafts- und Kongresszentrum Darmstadt
PR Managerin
Schlossgraben 1
64283 Darmstadt
Phone: +49 6151 - 7806 103
Fax: + 49 6151 - 7806 119
E-mail: Jana.Bethge-Henniger@darmstadtium.de
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Zum zweiten Jahrestag der ersten Kollisionen im LHC feiern Institute in ganz Deutschland den Tag der Weltmaschine, darunter auch das ExtreMe Matter Institute EMMI am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Bei GSI findet daher am 23. November 2011 eine Abendveranstaltung mit folgendem Programm statt:
Moderation: Prof. Peter Braun-Munzinger (ExtreMe Matter Institute EMMI, GSI)
Besucher können auf www.weltmaschine.de online vorab Fragen an den Prof. Heuer stellen, die dann am Abend beantwortet werden. Nutzen Sie die Gelegenheit und stellen Sie dem CERN-Chef Ihre Fragen.
Das deutschlandweite Programm vom Tag der Weltmaschine und das Webformular für Fragen an CERN-Chef Rolf-Dieter Heuer finden Sie auf www.weltmaschine.de/tagderweltmaschine.
Weitere Informationen finden Sie auch unter www.weltmaschine.de/darmstadt und GSI.
Der Large Hadron Collider LHC ist die größte Maschine, die je für die Forschung gebaut worden ist. Der ringförmige Teilchenbeschleuniger hat einen Umfang von fast 27 Kilometern und verläuft in einem unterirdischen Tunnel 50 bis 175 Meter tief unter der französisch-schweizer Grenze nahe der Stadt Genf. Im LHC werden Protonen oder Blei-Ionen beschleunigt und bei nahezu Lichtgeschwindigkeit frontal zusammengeschossen. Mit diesen Kollisionen wollen Physiker dem Urknall näher kommen als je zuvor: Kurzzeitig wird es bei den Teilchencrashs – auf winzigem Raum – rund 100.000 Mal heißer als im Zentrum der Sonne, der LHC bietet damit den heißesten Ort der Galaxis. Aus der geballten Energie der Kollisionen entsteht ein Regen neuer Teilchen. In diesem Partikelhagel spähen Forscher nach bislang unentdeckten Teilchen und Phänomenen. Hausgroße Detektoren in riesigen unterirdischen Hallen zeichnen die Zusammenstöße auf. Am LHC und seinen Experimenten arbeiten etwa 10 000 Wissenschaftler aus aller Welt, unter ihnen mehr als 1000 von deutschen Universitäten und Forschungseinrichtungen.
Die Europäische Organisation für Kernforschung CERN ist das größte Teilchenforschungslabor der Welt. Heute sind 20 europäische Länder am CERN beteiligt. Der Jahresetat 2011 beträgt knapp 900 Millionen Euro. Deutschland ist der größte Geldgeber, rund jeder fünfte Euro kommt aus Deutschland. Seit 2009 ist der Deutsche Rolf-Dieter Heuer Generaldirektor des CERN.
Das ExtreMe Matter Institute EMMI bei GSI erforscht im Rahmen der Helmholtz-Allianz "Kosmische Materie im Labor" das Verhalten von Materie bei extremen Bedingungen von Temperatur und Druck. Mehr als 350 Forscher an den 13 nationalen und internationalen Partnerinstituten der Allianz untersuchen dabei unter anderem ultrakalte Quantengase, hochangeregte Atomzustände, Plasmen höchster Energiedichte, dichte Neutronenmaterie, sowie das Quark-Gluon Plasma, das wenige Sekundenbruchteile nach dem Urknall das Universum ausfüllte.
Die GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum mit einem Jahresetat von gut 100 Millionen Euro und über 1.000 Mitarbeitern. GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Jährlich nutzen etwa 1.200 Wissenschaftler aus aller Welt die Ionenstrahlen für Experimente in der Grundlagenforschung. Die wohl bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen, die sich seit kurzem im Routineeinsatz an Kliniken befindet. GSI hat eine führende Rolle beim Bau und beim wissenschaftlichen Programm des Schwerionen-Experiments ALICE (A Large Ion Collider Experiment) am LHC gespielt. GSI-Wissenschaftler waren maßgeblich an der Entwicklung von zwei großen Detektorsystemen beteiligt. In den kommenden Jahren wird bei GSI das Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) mit einem Investitionsvolumen von rund 1,2 Milliarden Euro errichtet, wovon 25 Prozent durch internationale Partner getragen werden.
]]>Wir bitten um Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal drei Kalender (solange der Vorrat reicht) versendet werden können.
Für unsere Mitarbeiter liegt der Kalender in Foyer und Geschäftsführungsetage aus. Weitere Exemplare können im Lager abgeholt werden.
]]>Die Spezialpuppe ist eine Leihgabe vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Von außen sieht die Spezialpuppe aus wie einfaches braunes Plastik. Jedoch verbirgt sich im Inneren ein komplexer Aufbau unterschiedlicher Materialdichten, die einem menschlichen Körper inklusive der Knochen und verschiedener Gewebesorten entsprechen - wie bei einem echten Menschen. Die Puppe ist aus mehr als 20 verschiedenen Schichten zusammengesetzt, die auseinander genommen werden können. Im Inneren der Schichten befinden sich Aussparungen zur Anbringung von Messgeräten. Mit ihnen können die Wissenschaftler die Strahlung im Inneren der Puppe messen. Bei einem echten Menschen eine Unmöglichkeit. "In unserem aktuellen Experiment versuchen wir ein neues Messverfahren für die Bestimmung der Position unseres Ionenstrahls bei der Tumortherapie zu entwickelt", sagt Dr. Chiara La Tessa, die das Experiment bei GSI leitet. "Ob das funktioniert, können wir nur herausfinden, weil sich die Ionenstrahlen in der Puppe genau so verhalten wie bei einem echten Patienten."
Bei der Tumortherapie mit Kohlenstoff-Ionen, wie sie von GSI entwickelt wurde, kann der Ionenstrahl millimetergenau in einen Tumor hineingebracht werden. Er entfaltet erst an seinem Stopppunkt in der Tiefe die maximale Wirkung. Die Position des Stopppunkts will La Tessa gemeinsam mit ihren Kollegen in Echtzeit während eines Therapievorgangs genau bestimmen und so eine bessere Diagnostik bei der Durchführung der Therapie erreichen. GSI arbeitet bei dem Experiment mit Forschern der Universität La Sapienza in Rom zusammen. Die italienischen Forscher bringen für die Durchführung des Experiments besondere Messgeräte mit.
Bereits im Jahr 2009 war die Spezialpuppe für ein Experiment bei GSI. Damals wurde in Zusammenarbeit mit dem DLR die Strahlenbelastung des Körpers bei verschiedenen Strahlentherapieverfahren verglichen. Dazu wurde das Phantom nicht nur bei GSI, sondern auch noch an Therapieanlagen in Schweden, Schweiz, Japan und in Frankfurt bestahlt. Das DLR stellte die Messgeräte zur Verfügung und übernahm die Datenanalyse.
Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, hochpräzise in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich. Sie werden so gesteuert, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt millimetergenau bestrahlt werden können. Das umliegende gesunde Gewebe wird weitgehend geschont. Nach erfolgreichen Studien an der GSI-Beschleunigeranlage hat GSI für den klinischen Routinebetrieb eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage entwickelt, die am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum HIT im Jahr 2009 in Betrieb gegangen ist. Dort wurden mittlerweile über 500 Patienten behandelt. GSI forscht weiter an der Behandlung neuer Indikationen, beispielsweise an bewegten Tumoren in der Lunge.
]]>"Die bisher gewonnenen Daten legen nahe, dass eine Behandlung mit Partikeltherapien – also Protonen oder schweren Ionen – ein geringeres Risiko für eine spätere Krebs-Folgeerkrankung aufweist als herkömmliche Therapien mit Gammastrahlen", so Durante. "Dies gilt insbesondere auch für die Tumortherapie mit schweren Ionen, so wie sie am GSI Helmholtzzentrum entwickelt wurde." Rund 40% der Kinder und Jugendlichen, die eine Krebserkrankung dank einer Strahlentherapie überleben, leiden in einem Zeitrahmen von 30 Jahren nach der Diagnose unter lebensbedrohlichen Folgeproblemen wie beispielsweise sekundären Krebserkrankungen.
Die geringeren Langzeitfolgen der Tumortherapie mit schweren Ionen führt Durante hauptsächlich darauf zurück, dass bei der Therapie das gesunden Gewebe weniger durch die Strahlung belastet wird als bei der Gammatherapie und dass es kaum schädliche Neutronen gibt, die durch Streuung entstehen. Erste Studien belegen die Wirksamkeit der Methode bei geringen Spätfolgen. Um belastbare Aussagen zu gewinnen, müsse man allerdings noch weiter forschen, so Durante. Bis Daten von behandelten Patienten über lange Zeiträume zur Verfügung stünden, müsse man auf mathematische Modelle zurückgreifen. Weitere Verringerungen der Spätfolgen ließen sich durch Verbesserungen an den Bestrahlungsapparaturen im Allgemeinen und durch eine Reduktion der Bestrahlung durch die Diagnostik vor der eigentlichen Therapie erreichen.
Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, hochpräzise in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich. Sie werden so gesteuert, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt millimetergenau bestrahlt werden können. Das umliegende gesunde Gewebe wird weitgehend geschont. Nach erfolgreichen Studien an der GSI-Beschleunigeranlage hat GSI für den klinischen Routinebetrieb eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage entwickelt, die am Heidelberger-Ionentherapie-Zentrum HIT im Jahr 2009 in Betrieb gegangen ist. Dort wurden mittlerweile über 400 Patienten behandelt.
]]>"Wir freuen uns über unsere drei erfolgreichen Anträge. Somit können wir dank des Förderinstruments der Helmholtz-Gemeinschaft unsere äußerst erfolgreiche Nachwuchsarbeit fortsetzen", sagt Professor Karlheinz Langanke, Forschungsdirektor von GSI und Professor an der TU Darmstadt.
"Im Rahmen des Initiativprogramms zur forschungsorientierten Gleichstellung arbeitet die TU Darmstadt intensiv an der Gewinnung und Qualifizierung von Wissenschaftlerinnen in technischen und naturwissenschaftlichen Fächern. Ich bin froh und stolz, dass mit Almudena Arcones und Tetyana Galatyuk zwei hervorragende Nachwuchswissenschaftlerinnen künftig den Fachbereich Physik der TU Darmstadt verstärken", sagt Professor Hans Jürgen Prömel, Präsident der TU Darmstadt.
"Ein wunderbarer Erfolg, der zeigt, dass wir zusammen mit der Helmholtz-Gemeinschaft endlich die besten jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den USA für unsere Forschungsinstitute gewinnen können", sagt Marcus Bleicher, Professor an der Goethe Universität und Fellow am Frankfurt Institute for Advance Studies (FIAS) sowie Koordinator des Helmholtz International Center for FAIR.
Mit drei genehmigten Anträgen war GSI überdurchschnittlich erfolgreich. Deutschlandweit wurden 20 Anträge aus den 17 Helmholtzzentren genehmigt. Sie wurden in einem mehrstufigen Wettbewerbsverfahren von einer interdisziplinären Jury ausgewählt. Die Nachwuchsgruppen werden zu gleichen Teilen von der Helmholtz-Gemeinschaft und dem beteiligten Helmholtzzentrum finanziert.
Hannah Petersen plant einen neuen theoretischen Zugang zur dynamischen Beschreibung von Schwerionenkollisionen zu entwickeln. Ihr Ziel ist es, damit die Daten des CBM Experiments an der zukünftigen Anlage FAIR zu analysieren und so das Phasendiagramm der nuklearen Materie zu entschlüsseln. Hannah Petersen ist zurzeit an der Duke University in North Carolina tätig. Ihre zukünftige universitäre Anbindung ist am Frankfurt Institute for Advanced Studies und an der Goethe-Universität Frankfurt.
Tetyana Galatyuk wird sich mit ihrer Gruppe an der Weiterentwicklung des aktuellen HADES Experiments bei GSI und am Aufbau und der Durchführung des zukünftigen CBM Experiments an FAIR beteiligen. Ihr Ziel ist es, mit diesen Experimenten Signale aus dem heißen Feuerball einer Schwerionenkollision zu messen, um daraus Rückschlüsse auf die Eigenschaften von hochkomprimierter Kernmaterie, wie man sie im Inneren von Neutronensternen vermutet, zu ziehen. Tetyana Galatyuk stammt aus der Ukraine und kommt aus Berkeley nach Darmstadt. Sie experimentiert zurzeit an der RHIC-Beschleunigeranlage in Brookhaven im Bundesstaat New York. Ihre zukünftige universitäre Heimat ist die TU Darmstadt.
Almudena Arcones möchte mit ihrer Gruppe die Entstehung der schweren Elemente wie Gold oder Platin im Universum entschlüsseln. Dabei verbindet sie kernphysikalische und astrophysikalische Expertise, um explosive Nukleosyntheseprozesse, wie sie in Supernovae ablaufen, zu berechnen. Almudena Arcones ist Spanierin. Sie arbeitet zurzeit als Feodor-Lynen Stipendiatin in Basel. Ihre universitäre Anbindung wird die TU Darmstadt sein.
Weitere Informationen zu den Helmholtz-Nachwuchsgruppen finden Sie in der Pressemitteilung der Helmholtz-Gemeinschaft: https://www.helmholtz.de/aktuelles/presseinformationen/artikel/artikeldetail/helmholtz_foerdert_20_neue_nachwuchsgruppen/
]]>Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In der Regel einmal pro Monat findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt. Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab - nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von sowohl GSI-internen wie auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Alle Vorträge finden im Hörsaal von GSI, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Beginn ist jeweils um 14 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten. Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie auf unserer Webseite Wissenschaft für Alle.
Hundert Meter lange Teilchenbeschleuniger und haushohe Messinstrumente, die jährlich 1000 Wissenschaftler aus aller Welt nutzen – das alles und vieles mehr bekommen die Besucher an dem Tag zu sehen. Sie können mit Wissenschaftlern sprechen, die bei GSI versuchen, den innersten Geheimnissen der Materie und den Ursprüngen des Universums auf den Grund zu gehen. Und sie können erfahren, was Wissenschaftler in Darmstadt in Zukunft vorhaben: Der Bau des internationalen Beschleunigerzentrums FAIR steht bevor. Experten rund um das Bauvorhaben und die Wissenschaft an FAIR stehen für Fragen und Antworten bereit.
Ein weiteres Highlight bietet die Ausstellung „Weltmaschine“, die zurzeit bei GSI Station macht. In der Ausstellung „Weltmaschine" können sich die Besucher anhand von Schautafeln und vielen interaktiven Exponaten über Beschleuniger und Detektoren informieren und Einblicke in die Welt der kleinsten Teilchen erhalten, die am CERN in Genf, bei GSI und in Zukunft an FAIR erforscht wird.
"Mit dem Sommerfest möchten wir alle interessierten Bürger der Region einladen, sich direkt vor Ort über die für die Grundlagenforschung so wichtige Arbeit der GSI und FAIR zu informieren", sagt Professor Horst Stöcker, der Vorsitzende der GSI-Geschäftsführung. Neben Vorträgen von renommierten Wissenschaftlern, Führungen durch die Forschungsanlagen, Informationsständen und der Fotoausstellung „Forschung im Fokus“ runden ein Kinderprogramm und Live-Musik sowie ein vielfältiges kulinarisches Angebot das Programm ab.
Das Sommerfest findet statt bei der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Planckstraße 1 in 64291 Darmstadt. Zur Anreise ist ein Busverkehr zum S-Bahnhof Wixhausen und zur Straßenbahnstation Dreieichweg in Arheilgen eingerichtet. Eine begrenzte Zahl an Parkplätzen bei GSI ist ebenfalls vorhanden. Ausführliche Informationen zum Sommerfest, wie das genaue Programm und die Anreisemöglichkeiten, befinden sich im Internet unter: www-alt.gsi.de/sommerfest
]]>Peter Hassenbach, geboren 1964, studierte Volkswirtschaftslehre in Mainz und in Bonn. Nach seinem Studium war er bis zum Jahr 1999 für das Bundesministerium für Forschung und Technologie bzw. das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie in Bonn als Referent tätig. Anschließend arbeitete er unter anderem bei der DaimlerChrysler AG, Stuttgart, im Bereich Verkehrstelematik. Im Jahr 2003 kehrte Hassenbach als Referent zurück in das Bundesministerium für Bildung und Forschung in Berlin. Im Jahr 2009 erhielt er die Leitung des Referats "Ernährung und erneuerbare Rohstoffe", seit dem Jahr 2010 bis heute war er Leiter des Referats "Gesundheitswirtschaft".
]]>Anhand von Originalbauteilen, Modellen und Schautafeln wird die Funktionsweise des größten Teilchenbeschleunigers der Welt, des Large Hadron Colliders LHC, gezeigt, zu dem mehr als 10.000 Wissenschaftler beigetragen haben. Spannende Vorträge, regelmäßige Führungen und Modelle zum Bestaunen und zum Anfassen – die Ausstellung bietet für jeden etwas. Vom Querschnitt durch einen Detektor über Nebel- und Funkenkammer bis zum Beschleunigermodell zum selbst Probieren wird die Physik „begreifbar“. Zusätzlich zu den regulären und Gruppenführungen sind Physiker als Ansprechpartner stets vor Ort und gern bereit, Fragen der Besucher zu beantworten.
Der LHC am europäischen Forschungszentrum CERN ist seit Ende 2009 in Betrieb.
GSI hat eine führende Rolle beim Bau und beim wissenschaftlichen Programm des Schwerionen-Experiments ALICE (A Large Ion Collider Experiment) gespielt, zusammen mit den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Heidelberg und Münster und den Fachhochschulen Köln und Worms. GSI-Wissenschaftler waren maßgeblich an der Entwicklung von zwei großen Detektorsystemen beteiligt. Derzeit führen sie mit ihren Kollegen die Auswertung der Daten durch. Diese erfolgt über speziell entwickelte, weltweit vernetzte Computersysteme, von denen eines bei GSI betrieben wird. ALICE ist eines der vier großen Experimente am LHC und ist ein Forschungsschwerpunkt des Bundesministeriums für Bildung und Forschung. Insgesamt gehören mehr als 1.000 Wissenschaftler aus 33 Ländern zur ALICE-Kollaboration.
Gastgeber der Weltmaschine-Ausstellung ist das Extreme Matter Institute EMMI, das bei GSI angesiedelt ist. EMMI wurde im Rahmen der Helmholtz-Allianz „Kosmische Materie im Labor" gegründet und wird von der Helmholtz-Gemeinschaft gefördert. Bei GSI in Darmstadt wird in den kommenden Jahren das neue Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) gebaut, eine Teilchenbeschleunigeranlage der nächsten Generation.
Die Ausstellung Weltmaschine ist vom 27. August bis 11. September 2011 täglich von 10 bis 19 Uhr, mittwochs und donnerstags bis 20 Uhr geöffnet. Führungen werden unter der Woche um 16 Uhr und 17.30 Uhr angeboten, am Wochenende ganztägig. Außerdem können unter der Telefonnummer 06159-711709 Gruppenführungen zu individuellen Terminen gebucht werden. An den Wochenenden finden allgemeinverständliche Vorträge statt. Die Vortragsreihe startet am 27. August um 15.00 Uhr mit einem besonders für Kinder und Jugendliche geeigneten Vortrag von Johannes Wessels: „Die Urknallmaschine“.
Aktuelle Informationen rund um die Ausstellung, unter anderem über das Vortragsprogramm, befinden sich im Internet unter www.weltmaschine.de/darmstadt.
]]>GSI, FAIR und das Planungsteam stehen für Informationen und Fragen rund um das FAIR-Projekt zur Verfügung. Der Informationsabend findet statt am
Mittwoch, 24. August 2011, 18:30 – 20:00 Uhr
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Großer Hörsaal
Planckstraße 1, 64291 Darmstadt.
Das Beschleunigerzentrum FAIR ist eines der größten Forschungsvorhaben weltweit und wird in internationaler Zusammenarbeit errichtet. Im Oktober letzten Jahres haben die internationalen Partner das entsprechende völkerrechtliche Abkommen unterzeichnet. An FAIR können Wissenschaftler aus aller Welt eine nie da gewesene Vielfalt an Experimenten durchführen. Sie erwarten grundlegende neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall. Darüber hinaus entstehen aus der Grundlagenforschung regelmäßig überraschende neue Anwendungen, wie die Entwicklung einer neuen Krebstherapie mit Ionen an der GSI-Beschleunigeranlage zeigt. Ein weiteres bekanntes Ergebnis aus der GSI-Forschung ist die Entdeckung neuer chemischer Elemente wie zum Beispiel des Darmstadtiums.
]]>„Die Fertigstellung des Magnets ist ein Beispiel für die gelungene Zusammenarbeit von Deutschland und Russland im Rahmen des Fair-Projekts“, sagt Carsten Mühle, Leiter der GSI-Magnettechnik. Russland, das sich mit knapp 180 Millionen Euro am Fair-Projekt beteiligt, ist nach Deutschland der größte Projektpartner. Neben dem Budker-Institut kooperieren noch 23 weitere russische Einrichtungen mit Fair.
Nach Vorgaben der GSI-Wissenschaftler hatte das Budker-Institut den neuen Magnet in den letzten 4 Jahren berechnet, konstruiert, in Russland aufgebaut und auf seine Spezifikationen getestet. Anschließend transportierten sie den Magnet in zerlegtem Zustand nach Deutschland. Ein Konstrukteur, ein Physiker und zwei Monteure aus Russland bauten ihn gemeinsam mit GSI-Mitarbeitern zusammen. Dabei assistierte eine Dolmetscherin. Die GSI-Fachleute haben dabei gelernt, wie der Magnet montiert werden muss, und sind auf den Zusammenbau von weiteren Magneten vorbereitet. Der Magnet steht zurzeit in der so genannten Testing-Halle von GSI, in der neue Komponenten aufgebaut und überprüft werden können.
Christina Will, Leiterin der Projektleitung Maschinenbau von GSI, erläutert das weitere Vorgehen: „In den nächsten Monaten trainieren die GSI-Mitarbeiter den Einbau in den Super-Fragmentseparator von FAIR. Aufgrund der engen Raumverhältnisse kann der Magnet nicht von den Mitarbeitern direkt eingebaut werden. An manchen Stellen werden nur zehn Zentimeter Platz zur umgebenden Betonwand zur Verfügung stehen. Mithilfe einer ferngesteuerten Einbauprozedur durch Lastkräne heben sie den Magnet von oben an seinen Bestimmungsort im Teilchenbeschleuniger.“ Diese Vorgehensweise müssen sie vorher „auf dem Trockenen“ in der Testing-Halle üben. Der dort eingebaute Lastkran ist in der Lage, die Einzelteile des Magnets zu tragen.
Insgesamt drei gleichartige Magnete werden für den Aufbau des Super-Fragmentseparators benötigt. In Experimenten mit dem Super-Fragmentseparator wollen die Wissenschaftler interessante Teilchen für die weitere Untersuchung aussortieren, die zu Messapparaturen weitergeleitet werden sollen. Uninteressante Bruchstücke hingegen landen in Teilchenfängern.
Eine Besonderheit des Magnets ist der völlige Verzicht auf organische Stoffe wie etwa Epoxidharze als Klebstoff. Da manchmal Teilchen aus dem Beschleuniger im Betrieb auch durch den Magnet hindurch fliegen, müssen die Materialien besonders widerstandsfähig sein. Organische Stoffe zersetzen sich zu schnell. Durch den Verzicht erreichen die Wissenschaftler eine lange Haltbarkeit und Einsatzdauer. Gleichzeitig mussten sie durch den Wegfall herkömmlicher Materialien andere Techniken wie beispielsweise ein neuartiges indirektes Kühlsystem entwickeln.
]]>Der Green-Cube wird das Zentrum eines Computernetzwerks mit sehr hoher Bandbreite (geplant sind 1 Terabit pro Sekunde, das entspricht 20.000 herkömmlichen DSL-Anschlüssen), mit dem die umliegenden Universitäten verbunden werden sollen. Das Konzept des Green-Cube basiert auf der Verwendung von handelsüblichen Komponenten und einer besonderen Art der Kühlung, die in herkömmlichen Rechenzentren sehr viel Energie verbraucht. Der Green-Cube wird platzsparend in einem eigenen würfelförmigen Gebäude mit einer Grundfläche von 27 Meter mal 30 Meter und einer Höhe von 22 Meter untergebracht. Die Kosten von 19 Millionen Euro werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und der Helmholtz-Gemeinschaft als Ausbauinvestition finanziert. Die Bauzeit ist von 2012 bis 2014 geplant. „Das GSI Helmholtzzentrum ist mit dem FAIR-Projekt der ideale Standort für dieses umweltfreundliche Höchstleistungs-Rechenzentrum“, sagt Projektleiter Professor Volker Lindenstruth.
Die neue umweltfreundliche Computerarchitektur wurde von Volker Lindenstruth, dem Leiter des IT-Bereichs von GSI, gemeinsam mit Horst Stöcker, dem Wissenschaftlichen Geschäftsführer von GSI, entwickelt. Den ersten Hochleistungsrechner dieser Art, den LOEWE-CSC, hat Lindenstruth in Frankfurt bereits erfolgreich in Betrieb genommen. Der LOEWE-CSC wurde gemeinsam vom Helmholz International Center for FAIR (HIC for FAIR), dem Frankfurt Institute For Advanced Studies (FIAS), der Goethe-Universität und der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der hessischen Exzellenzinitiative LOEWE aufgebaut. Nach der aktuellen Weltrangliste „Green500“ der umweltfreundlichsten und schnellsten Computer der Welt ist LOEWE-CSC der energieeffizienteste Großcomputer Europas, weltweit liegt er unter den Großrechnern auf Rang drei.
Bestandteil der Förderung für den geplanten Green-Cube sind acht Millionen Euro für einen Höchstleistungsrechner bestehend aus einem Netzwerk von Computern, die in geschlossene Schränke eingebaut sind. An deren Rückwand wird die warme Abluft mit Wärmetauschern direkt mit Wasser gekühlt. Die Rückkühlung erfolgt durch einfaches Verdunsten von Wasser. Im Mittel liegen die Kühlkosten bei nur acht Prozent der Leistung des Computers. Bei herkömmlichen Systemen liegen sie bei 50 bis zu 100 Prozent. Insgesamt werden rund 800 wassergekühlte Rechnerschränke in einem Hochregallager-ähnlichen Bau auf Stahlträgern in sechs Ebenen untergebracht. Dieser Aufbau ist bis zu 100-mal kompakter als bei herkömmlicher Bauweise. In den Rechnern werden Grafikchips aus Grafikkarten von Personal Computern zur Beschleunigung von marktüblichen Mikroprozessoren verwendet. Somit erreichen sie Spitzengeschwindigkeiten bei geringem Energieverbrauch und bei relativ geringen Kosten. Mit dem Green-Cube werden jährlich mindestens 15.000 Tonnen CO2-Emissionen gegenüber konventionellen Supercomputern eingespart.
]]>Das Helmholtz-Institut Mainz (HIM) wurde im Juni 2009 gegründet, um die langjährige Zusammenarbeit zwischen dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz weiter zu stärken und zu institutionalisieren. Im Helmholtz-Institut Mainz werden die Kompetenzen des Instituts für Physik, des Instituts für Kernphysik und des Instituts für Kernchemie an der Universität Mainz mit denen von GSI in Darmstadt zusammengeführt, um gemeinsam Fragen zur Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie zu erforschen. Von der Bündelung dieser Kräfte ergibt sich für die Partner eine strategische und langfristige Perspektive für die gemeinsame Forschung, insbesondere im Hinblick auf die künftigen Experimente am internationalen Beschleunigerzentrum FAIR. "Schwerpunkte unserer Forschung am HIM sind zum Beispiel die Erzeugung und Erforschung superschwerer Elemente an GSI und die Vorbereitung der Forschung mit Antimaterie an FAIR", sagt Professor Frank Maas, Direktor von HIM und leitender Wissenschaftler bei GSI.
Das Helmholtz-Institut Mainz hat ein Budget von gut 11 Millionen Euro pro Jahr und beruft seine leitenden Wissenschaftler gemeinsam mit der Universität. Am HIM sind unter anderem zwei Helmholtz-Nachwuchsgruppen tätig und rund 20 Doktoranden, die Mitglied in der Helmholtz-Graduate School for Hadron and Ion Research for FAIR (HGS-HIRe) organisiert sind.
Helmholtz-Institute geben strategischen Partnerschaften zwischen Helmholtz-Zentren und Universitäten eine besondere Intensität. Durch die Gründung einer Außenstelle eines Helmholtz-Zentrums auf dem Campus der Universität entsteht die Grundlage für eine dauerhafte enge Zusammenarbeit auf spezifischen Forschungsfeldern, die für beide Institutionen besonderes Gewicht haben.
Die Pressemitteilung des Wissenschaftsrats finden Sie unter: www.wissenschaftsrat.de/index.php?id=380&L
]]>Das Ziel des neuen Instituts für Nukleare Astrophysik ist es, die besondere Interdisziplinarität dieses Forschungsfeldes zwischen experimenteller und theoretischer Kernphysik, Astrophysik und astronomischer Beobachtung zu koordinieren und in enger Zusammenarbeit der Wissenschaftler aus den verschiedenen Forschungszweigen grundlegende Fragen zur Entstehung der chemischen Elemente im Universum zu beantworten. Das Institut ist deshalb besonders wichtig, weil es in den kommenden Jahren bei GSI und besonders am zukünftigen internationalen Beschleunigerzentrum FAIR zum ersten Mal möglich sein wird, die Kerne, die an den astrophysikalischen Prozessen bei der Elementerzeugung beteiligt sind, herzustellen und ihre Eigenschaften experimentell zu bestimmen.
Der zukünftige Sprecher des Instituts ist Dr. Gabriel Martinez-Pinedo (GSI). Zuständig für die Forschungskoordination sind Professor Thomas Aumann (TU Darmstadt) in der experimentellen Kernphysik sowie Professor Hans Feldmeier (GSI) in der theoretischen Kernphysik.
Die Helmholtz-Gemeinschaft verstärkt durch die Förderung von Helmholtz Virtuellen Instituten die Vernetzung mit den Hochschulen und anderen Partnern im Wissenschaftssystem und schafft einen unbürokratischen Rahmen, um neue Forschungsvorhaben voran zu treiben, die das Potenzial haben, sich zu größeren, strategischen Vorhaben zu entwickeln. Ein Helmholtz Virtuelles Institut führt im Kern die Kompetenzen eines oder mehrerer Helmholtz-Zentren mit einer oder mehreren Hochschulen zusammen, um auf einem wichtigen Forschungsgebiet ein Kompetenz-Zentrum von internationaler Bedeutung und Attraktivität zu schaffen. Auch internationale Forschungsinstitute sind als Partner an Helmholtz Virtuellen Instituten beteiligt, was die Expertise auf dem jeweiligen Forschungsfeld aber auch die internationale Sichtbarkeit weiter erhöht.
Helmholtz Virtuelle Institute verfügen über eine eigene Führungs- und Managementstruktur und erarbeiten besondere Konzepte zur Qualifizierung ihrer wissenschaftlichen Nachwuchskräfte. Sie werden über drei bis fünf Jahre mit maximal 600.000 Euro jährlich aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds gefördert und können zur Vorbereitung größerer Verbünde wie etwa der Helmholtz-Allianzen genutzt werden.
Link zur Pressemitteilung der Helmholtz-Gemeinschaft: https://www.helmholtz.de/
aktuelles/presseinformationen/artikel/artikeldetail/helmholtz_foerdert_
zusammenarbeit_mit_universitaeten_in_zwoelf_neuen_virtuellen_instituten/
Das Proton besitzt, wie andere Teilchen auch, einen Eigendrehimpuls, den Spin. Mit dem Spin geht ein entsprechendes Magnetfeld, das magnetische Moment, einher. Es ist mit einem winzigen Stabmagneten vergleichbar. Ein Spin-Quantensprung entspricht dem Umklappen der Magnetpole. Der direkte Nachweis des Spins an einem einzelnen Proton ist allerdings eine große Herausforderung. Während beim Elektron und seinem Antiteilchen, dem Positron, bereits in den 1980er Jahren die Spins und damit die magnetischen Momente gemessen und verglichen wurden, ist dies bei einem Proton bislang nicht gelungen. Bisher konnten Wissenschaftler den Protonenspin nur indirekt in Teilchenensembles bestimmen.
Die besondere Schwierigkeit liegt darin, dass das magnetische Moment des Protons etwa 660-mal kleiner ist als das des Elektrons. Das Mess-Signal ist also wesentlich schwächer. Die Forscherkollaboration hat in siebenjährigen Vorarbeiten ein Präzisionsexperiment entwickelt, das nun die Feuerprobe bestanden hat.
Damit ist der Weg frei für direkte Hochpräzisionsmessungen des magnetischen Moments sowohl eines Protons als auch eines Antiprotons - Letztere dann voraussichtlich am CERN, dem europäischen Labor für Teilchenphysik in Genf, oder am geplanten Forschungszentrum FAIR bei GSI in Darmstadt. Das magnetische Moment des Antiprotons ist gegenwärtig lediglich auf drei Nachkommastellen bekannt. Die in den Mainzer Labors angewandte Messmethode stellt eine millionenfache Verbesserung der Messgenauigkeit in Aussicht. Dies ermöglicht einen hochempfindlichen Test der CPT-Symmetrie, welche für das physikalische Weltbild fundamental ist. Die erstmalige Beobachtung von Spin-Quantensprüngen eines einzelnen Protons ist ein Durchbruch auf dem Weg zu diesem großen Ziel.
Die Materie-Antimaterie-Symmetrie ist einer der wichtigsten Grundpfeiler des Standardmodells der Elementarteilchenphysik. Nach diesem Modell verhalten sich Teilchen und Antiteilchen nach simultaner Anwendung von Ladungsumkehr, Ortsspiegelung und Zeitumkehr - als CPT-Transformation bezeichnet - identisch. Hochpräzise Vergleiche der fundamentalen Eigenschaften von Teilchen und Antiteilchen ermöglichen den empfindlichen Test dieses Symmetrieverhaltens und geben Hinweise auf eine Physik jenseits des Standardmodells. Die Messung einer Abweichung der magnetischen Momente von Proton und Antiproton würde das Fenster zu dieser "neuen Physik" öffnen.
Originalveröffentlichung:
S. Ulmer, C.C. Rodegheri, K. Blaum, H. Kracke, A. Mooser, W. Quint, J. Walz
Observation of Spin Flips with a Single Trapped Proton, Phys. Rev. Lett. 106, 253001 (2011)
Link zur wissenschaftlichen Veröffentlichung in 'Physical Review Letters': https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.106.253001
Die Arbeit wird außerdem von American Physical Society als Viewpoint vorgestellt unter: https://physics.aps.org/pdf/Physics.4.49.pdf
]]>Im Mittelpunkt des Wissenschaftsjahres stehen die Stärkung der Spitzenforschung durch den Ausbau institutioneller Zusammenarbeit, der wissenschaftliche Nachwuchs und der bilaterale Austausch von WissenschaftlerInnen als Bindeglied der Partnerschaft sowie der internationale Fortschritt durch Freundschaft.
]]>In dem Experiment lenkten die Wissenschaftler einen extrem intensiven Laserpuls auf eine Materialprobe. Dadurch wurden Protonen aus dem Material herausgetrieben. Das Einzigartige an dem Testexperiment ist, dass es im zentralen Bereich der GSI-Beschleunigeranlage stattfand und nicht nur am Laser selbst. Die mit dem Laser vorbeschleunigten Ionen können somit im nächsten Schritt in die bestehenden Beschleunigerstrukturen eingeschossen werden. Hierdurch wird erstmals die Kombination beider Beschleunigerkonzepte möglich.
Die Beschleunigung von Teilchen durch Laser ist seit einigen Jahren ein vielversprechender Ansatz in der Beschleunigertechnologie und befindet sich noch im Entwicklungsstadium. „Ein großer Vorteil ist, dass wir enorm viel Platz sparen könnten, da die Beschleunigungsstrecken bei Lasern extrem kurz sind. Allerdings begegnen wir beim Strahltransport und bei der Fokussierbarkeit Herausforderungen, die in dieser Form bei herkömmlichen Beschleunigerstrahlen nicht auftreten“, sagt Thomas Stöhlker, Leiter des PHELIX-Lasers bei GSI und Direktor des Helmholtz-Instituts Jena.
Mit dem Ziel, diesen Ansatz der Beschleunigung besser zu verstehen und die erzeugten Teilchenstrahlen nutzbar zu machen, haben Wissenschaftler das Projekt „LIGHT“ (Laser Ion Generation, Handling and Transport) ins Leben gerufen. An LIGHT sind neben dem GSI Helmholtzzentrum und der Technischen Universität Darmstadt die Goethe-Universität Frankfurt, das Helmholtz-Institut Jena und das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf beteiligt.
„Im nächsten Schritt sollen die mit dem Laser beschleunigten Ionenstrahlen durch eine Magnetspule fokussiert und in eine konventionelle Beschleunigerstruktur eingespeist werden“, so Bernhard Zielbauer, LIGHT-Projektkoordinator vom Helmholtz-Institut Jena. „Damit kann die Qualität des Ionenstrahls an die Anforderungen der Experimente angepasst werden.“
Die Forscher möchten laserbeschleunigte Ionen in Zukunft für Anwendungen verfügbar machen, etwa für die Tumortherapie oder für die Untersuchung von Strahlenschäden an elektronischen Komponenten in der Raumfahrt. Für letzteres wird sich der neue Protonenstrahl besonders eignen, da er spektral den solaren Protonenschauern sehr nahe kommt. Zudem ist auch die Beschleunigung weiterer Atomsorten neben den Wasserstoff-Ionen geplant. Der PHELIX-Laser (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments) gehört zu den stärksten Lasern weltweit. Er kann Laserpulse mit Energien bis zu 1000 Joule und Laserpulse mit Leistungen bis zu einem halben Petawatt liefern. Die Leistung ist Trillionen Mal, das heißt Milliarden mal Milliarden Mal, höher als bei einem Laserpointer oder einem Laser in einem CD-Spieler.
Das GSI Helmholtzzentrum ist momentan weltweit der einzige Ort, an dem die Anlagen eines Teilchenbeschleunigers mit einem so intensiven Laserpuls gekoppelt werden können.
]]>In der Rubrik "GSI stellt sich vor" portraitieren wir in der April-Ausgabe unsere Galvanik-Abteilung, die unter anderem für die Verkupferungen unserer Beschleuniger zuständig ist.
Was gibt's noch? Nobelpreisträger besucht GSI // Interview mit internationalen Doktoranden // Zukunft der Tumortherapie // GSI und das World-Wide-Grid // und vieles mehr... Abonnement & Download
]]>Das Ziel des Girls'Days ist es, Mädchen bereits früh an technische Berufe heranzuführen, um ihnen ein breiteres Spektrum bei der Berufswahl aufzuzeigen.
]]>Die gemessenen Kerne liegen entlang eines Reaktionspfades, dem sogenannten rp-Prozess Pfad. Man glaubt, dass der rp-Prozess der Grund der explosiven Aussendung energetischer Röntgenstrahlung im Weltraum ist. Diese explosiven Ereignisse findet man in einem Doppelsternsystem...
]]>Der Tag begann mit Einführungsvorträgen zur Physik am LHC. Nach einer Besichtigungstour zum HADES-Detektor ging es an die Auswertearbeit. Zum Abschluss wurden die Messergebnisse mit Masterclass-Teilnehmern aus anderen ALICE-Instituten in einer von CERN moderierten Video-Konferenz diskutiert.
]]>Bohrium entstand durch Kernfusion beim Beschuss einer Wismut-Folie mit Chrom-Ionen. Das Element zerfällt bereits nach Sekundenbruchteilen und kann nur mit empfindlichen Analyseverfahren nachgewiesen werden.
Seinen Namen trägt das Element zu Ehren des dänischen Physikers und Nobelpreisträgers Niels Bohr (1885-1962). Deshalb sollte es zunächst auch Nielsbohrium heißen, die IUPAC legte aber 1994 Bohrium als offizielle Bezeichnung fest.
]]>Wissenschaftsfotograf 2010 - Ausstellung Hessen Design e.V.
Designhaus Darmstadt, Eugen-Bracht-Weg 6, 64287 Darmstadt
Öffnungszeiten: Do. bis So. von 12 bis 18 Uhr
Copernicium ist 277-mal schwerer als Wasserstoff und damit das schwerste offiziell anerkannte chemische Element im Periodensystem. Erzeugt wurde es an einer über hundert Meter langen Beschleunigeranlage bei GSI, dabei beschossen die Forscher eine Blei-Folie mit geladenen Zink-Atomen. Durch Verschmelzung der Atomkerne der beiden Elemente entstand ein neues Atom, Element 112.
Der Name, Copernicium, steht in einer langen Tradition chemische Elemente nach verdienstvollen Wissenschaftlern zu benennen. Die astronomischen Arbeiten von Nikolaus Kopernikus waren Ausgangspunkt für unser modernes Weltbild, nach dem die Sonne der Mittelpunkt unseres Sonnensystems ist.
Weiter zum YouTube-Video Copernicium - Periodic Table of Videos oder erfahren Sie mehr über die Erzeugung neuer Elemente auf GSI.de.
Eine der Grundfragen der Kosmologie ist warum es nach dem Urknall mehr Materie als Antimaterie gab, so dass außer bloßer Strahlung überhaupt etwas übrig geblieben ist, um Galaxien, Sterne, Planetensysteme, Lebewesen und schließlich unsere eigene Existenz zu ermöglichen. Das Verständnis hierzu ist mit den Eigenschaften von Neutrinos verbunden. Neutrinos sind Elementarteilchen, die auch als Geisterteilchen bezeichnet werden, da sie nur extrem schwach mit der uns bekannten „gewöhnlichen“ Materie in Wechselwirkung treten und diese nahezu ungehindert durchdringen. Dementsprechend sind noch viele Eigenschaften von Neutrinos unbekannt.
So wird zum Beispiel vermutet, dass ein Neutrino sein eigenes Antiteilchen sein könnte (sog. Majorana-Fermion), ein noch niemals beobachtetes Phänomen. Neutrinos entstehen natürlicherweise in bestimmten radioaktiven Zerfällen von Atomkernen. Beim radioaktiven Zerfall wandelt sich ein Atomkern, der Mutterkern, in einen anderen, den Tochterkern, um. Ein möglicher Nachweis, ob das Neutrino sein eigenes Antiteilchen ist, wäre die Beobachtung einer bestimmten radioaktiven Zerfallsart, des so genannten neutrinolosen Doppel-Elektroneneinfangs. Bei diesem sehr seltenen Zerfallsprozess werden zwei Elektronen aus der Hülle von Protonen im Atomkern eingefangen und es entstehen normalerweise zwei Neutrinos. Wenn nun das Neutrino mit seinem Antiteilchen identisch wäre, würde kein Neutrino ausgesendet werden, deshalb die Bezeichnung neutrinolos.
Dieser neutrinolose Zerfallsprozess ist allerdings experimentell, wenn überhaupt, nur nachweisbar, wenn die Masse des Mutterkerns zwar größer ist als die des Tochterkerns, sich dabei aber so gering wie möglich unterscheidet. Um auch noch geringste Massenunterschiede messen zu können, benutzten Wissenschaftler die Ionenfalle Shiptrap. Mit Shiptrap können die Wissenschaftler Massen mit höchster Genauigkeit messen. Mit der Genauigkeit könnten sie theoretisch nachweisen, ob in einem voll beladenen Jumbo-Jet ein Passagier eine 1 Euro Münze im Portemonnaie hat oder nicht.
Mit Shiptrap untersuchten die Wissenschaftler nun systematisch die Massen von möglichen Atomkernen, um den besten Kandidaten für den neutrinolosen Doppel-Elektroneneinfang zu bestimmen. Sie fanden heraus, dass das Gadolinium-Isotop mit der Massenzahl 152 (Gadolinium-152), welches in das Isotop Samarium-152 zerfällt, der zurzeit vielversprechendste Kandidat ist. Es ist somit das geeignete Isotop, um in zukünftigen Neutrino-Experimentaufbauten wie zum Beispiel in Gran Sasso untersucht zu werden mit dem Ziel, bei dessen Zerfall erstmalig die Vernichtung zweier Neutrinos nachzuweisen.
Über die Messung der Halbswertszeit von Gadolinium-152, die im Bereich von 10 hoch 26 Jahren liegt, ließen sich auch Grenzen für die Masse der Neutrinos bestimmen. Erst seit kurzem ist bekannt, dass Neutrinos überhaupt eine Masse haben, die allerdings sehr klein ist und noch nie direkt gemessen werden konnte. Der Ansatz über den Zerfall von Gadolinium-152 Informationen über die Masse der Neutrinos zu erhalten, ist komplementär zu anderen Experimentaufbauten in der Helmholtz-Gemeinschaft wie Katrin am KIT in Karlsruhe.
An den Experimenten bei GSI waren unter Federführung des Max-Planck-Instituts in Heidelberg 17 Wissenschaftler aus 11 Instituten beteiligt: Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt, Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Greifswald, Institute for Theoretical and Experimental Physics Moskau Russland, PNPI Gatchina, St. Petersburg, Russland, Helmholtz-Institut Mainz, Johannes Gutenberg-Universität Mainz, St. Petersburg State University, Russland, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russland, Comenius University Bratislava, Slowakei, Technische Universität Dresden.
Bitte beachten Sie: Es handelt sich um eine aktualisierte Version der Pressemitteilung. Absatz drei und vier wurden zum jetzigen Absatz drei zusammengefasst.
Originalveröffentlichung
S. Eliseev, C. Roux, K. Blaum, M. Block, C. Droese, F. Herfurth, H.-J. Kluge, M.I. Krivoruchenko, Yu.N. Novikov, E. Minaya Ramirez, L. Schweikhard, V.M. Shabaev, F. Simkovic, I.I. Tupitsyn, K. Zuber, and N.A. Zubova
Link zur wissenschaftlichen Veröffentlichung in 'Physical Review Letters': https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.106.052504
Link zur Pressemitteilung des MPI Heidelberg.
Link zur Pressemitteilung der Universität Greifswald.
]]>Von 2004 bis 2009 arbeitete Gemmel in der Abteilung Biophysik am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung im Themengebiet „Bewegte Tumoren“. Die Studie wurde mit Unterstützung von Siemens Healthcare durchgeführt.
]]>Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. In der Regel einmal pro Monat findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt.
Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab - nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von sowohl GSI-internen wie auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Alle Vorträge finden im Hörsaal von GSI, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, statt. Beginn ist jeweils um 14 Uhr. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere Informationen und aktuelle Ankündigungen finden Sie auf unserer Webseite Wissenschaft für Alle.
Die Veranstaltungen richten sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. Sie finden im Hörsaal des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung statt und beginnen um 14:00 Uhr. Dauer ca. 1 Stunde / Eintritt frei / Anmeldung nicht erforderlich. Bitte halten Sie für den Einlass einen gültigen Lichtbildausweis bereit.
Wir freuen uns auf Ihr Kommen! Programm Wissenschaft für Alle 2011
]]>Die Untersuchungen sind nur deshalb möglich, weil es an der Universität Frankfurt erstmals gelungen ist, Proben von bestimmten menschlichen Tumoren herzustellen. Das von Patienten entnommene Tumorgewebe wird dabei so präpariert, dass es über Wochen am Leben bleibt. Weil diese Proben weitgehend den natürlichen Begebenheiten im Patienten entsprechen, können die Wissenschaftler bei der Bestrahlung Effekte beobachten, die auch bei der Behandlung von Patienten auftreten. Insbesondere möchten die Wissenschaftler herausfinden, wie die durch Strahlung getroffenen Zellen auf ihre benachbarten Zellen wirken, den so genannten Bystander-Effekt. Dies ist bei bisherigen Testverfahren mit künstlichen Zellproben oder in Tierversuchen nur sehr eingeschränkt möglich.
Die am GSI entwickelte Krebstherapie mit Ionenstrahlen zeichnet sich schon jetzt durch hohe Wirksamkeit und geringe Nebenwirkungen aus. "Dennoch reagiert jeder Tumor unterschiedlich auf Strahlung: manche sind empfindlicher, stellen das Wachstum ein oder gehen zu Grunde, andere sind resistenter und werden von der Therapie nicht beeinträchtigt. Die Wirkung ist außerdem von Patient zu Patient verschieden", sagt Professor Marco Durante, Leiter der Abteilung Biophysik am GSI Helmholtzzentrum. "Die Bestrahlung und Auswertung der Gewebeproben von Patienten bietet uns die Möglichkeit das herauszufinden. Mit diesem Wissen könnten die behandelnden Ärzte die Tumortherapie auf jeden einzelnen Patienten individuell optimieren."
Menschliches Gewebe wird häufig während einer Operation gewonnen. Eine neue Methode ermöglicht es nun, diese Gewebekulturen für mehrere Wochen im Labor am Leben zu halten. "Diese so genannten Gewebeschnittkulturen stellen ein Testsystem für biologische Untersuchungen dar, da in ihnen nicht die Zelle einzeln, sondern in ihrer natürlichen Umgebung, das heißt in der Umgebung von anderen Zellen betrachtet werden kann", so Professor Ingo Bechmann, der das Verfahren an der Charité und der Universität Frankfurt mitentwickelt hat und inzwischen Professor an der Universität Leipzig ist. Die Idee, diese Schnittkulturen für die Forschung am GSI einzusetzen, hatte der Frankfurter Arzt und Kurator der Senckenbergstiftung Dr. Kosta Schopow.
Erste Ergebnisse der Bestrahlungen von Gewebeschnittkulturen am GSI wurden bereits veröffentlicht:
- Modeling radiation effects at the tissue level / The European Physical Journal D (2010), DOI: 10.1140/epjd/e2010-00030-y, Müller et al.
- Tissue slice cultures from humans or rodents: a new tool to evaluate biological effects of heavy ions / Radiation and Environmental Biophysics (2010), DOI: 10.1007/s00411-010-0293-1, Merz et al.
Bitte beachten Sie, dass Bewerbungen und Empfehlungen vor 15. Februar 2011 eingereicht werden. Erfahren Sie mehr und bewerben Sie sich jetzt! https://hgs-hire.de/summer-program/
]]>Anna Constantinescu beschäftigte sich in ihrer Masterarbeit mit einer Methode, durch die die Behandlung mit Ionenstrahlen in Zukunft auch bei Tumoren in beweglichen Körperteilen, wie Lunge oder Leber, möglich werden soll. Rebecca Grün befasste sich in ihrer Diplomarbeit mit der Bestrahlungsplanung und verifizierte das bei aktuellen Behandlungen zugrunde liegende Rechenmodell.
Als Festredner konnte Privatdozent Dr. med. Dipl.-Ing. Gerd Straßmann von der Klinik für Strahlentherapie und Radioonkologie des Universitätsklinikums Gießen und Marburg gewonnen werden. Er berichtete über den Status und die Perspektiven der Strahlentherapie in Marburg. Dort befindet sich derzeit eine neue klinische Anlage für die Tumortherapie mit Ionenstrahlen im Bau.
Die am GSI Helmholzzentrum entwickelte Therapiemethode mit Ionenstrahlen wurde seit 1997 am GSI zur Behandlung von Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich sowie seit 2006 auch an der Prostata eingesetzt. Sie ist ein sehr genaues, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, hochpräzise in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich. Sie werden so gesteuert, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt und millimetergenau bestrahlt werden können. Das Verfahren eignet sich bislang vor allem für Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie z.B. dem Sehnerv, dem Hirnstamm oder des Darms.
Aufgrund der guten Resultate des Therapieverfahrens wurde im November 2009 eine spezielle Anlage für Ionenstrahl-Therapie an der Radiologischen Klinik in Heidelberg in Betrieb genommen, das Heidelberger Ionenstrahl Therapiezentrum (HIT). Die Beschleunigeranlage und die Bestrahlungstechnik für HIT haben GSI-Wissenschaftler und -Techniker entwickelt und gebaut. Dort können pro Jahr etwa 1.300 Patienten behandelt werden. Zwei weitere Anlagen in Marburg und Kiel befinden sich im Bau.
]]>Das Wissen vom Aufbau, der Natur und der Entstehung der Materie, aus der nahezu 100 Prozent der sichtbaren Masse im Universum bestehen, zu vertiefen ist der Schwerpunkt in der kernphysikalischen Forschung. Neben dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt arbeiten noch viele weitere europäische Forschungseinrichtungen an dieser Frage. Durch ihre Zusammenarbeit auf diesem Gebiet ist Europa weltweit führend in der Kernphysik. Im kommenden Jahrzehnt konzentrieren sich die Forscher auf die große Frage überhaupt: Wie entwickelte sich die Materie im Universum zu dem was wir heute sehen? Und, kann dieses Wissen verwendet werden um dringende Probleme in den Bereichen Energie, Gesundheit und Umwelt zu lösen?
Mehr Informationen: Pressemitteilung der ESF
]]>Die Veranstaltungsreihe "Saturday Morning Physics" ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Der Besuch am GSI ist die einzige Exkursion, die innerhalb der Reihe stattfindet.
Neben Lufthansa Systems, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Springer-Verlag, gehört auch das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den zahlreichen Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes. Zur Website von Saturday Morning Physcs: www.satmorphy.de
]]>Roentgenium, das 272-mal schwerer als Wasserstoff ist, entstand durch Kernfusion beim Beschuss einer Wismut-Folie mit Nickel-Ionen. Das Element zerfällt bereits nach Sekundenbruchteilen und kann nur mit empfindlichen Analyseverfahren nachgewiesen werden.
Seinen Namen trägt das Element zu Ehren des Physikers und ersten Physik- Nobelpreisträgers Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923). Mehr Informationen: Pressemitteilung zur Taufe und YouTube-Video: Rg - The Periodic Table of Videos
]]>Ein Novum dieser Ausgabe ist der Sonderbeitrag „Superschwere Elemente“, der einen Überblick über die Suche und Entdeckung schwerer Elemente gibt. Erfahren Sie mehr darüber, wie ein neues Atom entdeckt wird und wie lang der Weg bis zur Namensgebung ist.
Neben Berichten über aktuelle Ereignisse bei GSI und FAIR nehmen wir dieses Mal die GSI-Experimentelektronik genauer unter die Lupe, die die unglaublich großen Mengen an Experimentierdaten für Wissenschaftler verarbeitet. Erfahren Sie, wie hier am Limit des Machbaren gearbeitet wird.
Was gibt's noch? Kleinplanet Darmstadt von GSIler entdeckt // ROSATOM zu Besuch am GSI // LOEWE-CSC Großrechner // Memorandum of Understanding zwischen EMMI und HI-Jena // Helmholtz-Jahrestagung // und vieles mehr... Abonnement & Download
"Die Schülerlabore stellen eine enorme Bereicherung des Schulunterrichts dar. Wir begrüßen die Initiative und das Engagement außerschulischer Einrichtungen wie des GSI, bei der Ausbildung unserer Kinder mitzuwirken und gleichzeitig Wege für den wissenschaftlichen Nachwuchs zu bereiten", sagte Ministerialdirigent Martin Günther, Leiter der Abteilung Allgemein bildende Schulen und Internationale Angelegenheiten des Hessischen Kultusministeriums.
„Die GSI-Schülerlabore bieten Versuche an, die in der Schule gar nicht durchführbar sind, da sie zu aufwändig sind oder weil die entsprechenden Mittel fehlen“, so Dr. Axel Gruppe, der Pädagogische Leiter des GSI-Schülerlabors und Lehrer am Lessing-Gymnasium in Frankfurt. "Wir sind sehr froh, dass wir mit dem neuen BASIC-Labor nun unser Angebot auch für Schüler mittlerer Jahrgangsstufen ausbauen konnten." Gemeinsam mit Schülern des Lessing-Gymnasiums präsentierte Axel Gruppe bei der Eröffnung die neuen Experimente. Die Schüler können mehr über die verschiedenen radioaktiven Strahlungsarten erfahren, Abschirmtechniken erforschen und natürliche radioaktive Strahlungsquellen untersuchen.
Die Versuche des BASIC-Labors richten sich im Schwierigkeitsgrad an Schüler der 9. Jahrgangsstufe des Gymnasiums bzw. der 10. Jahrgangsstufe von Real- und Gesamtschulen. Das bereits seit 2004 bestehende Schülerlabor (ab sofort EXPERT-Labor) wurde bereits von 8.000 Schülern besucht. Es richtet sich vorrangig an Schüler der Oberstufe. Ein vierköpfiges Lehrer-Team unter der pädagogischen Leitung von Dr. Axel Gruppe betreut die teilnehmenden Schulklassen an drei Wochentagen. Das BASIC-LABOR und das EXPERT-Labor sind in denselben Räumlichkeiten untergebracht und werden im Wechsel betrieben.
Weitere Informationen unter Schülerlabor
]]>"ALICE ist speziell für Kollisionen von schweren Atomkernen ausgelegt. Mit der Kollision von Bleiatomkernen wollen wir für winzige Augenblicke den extrem heißen und dichten Plasmazustand der Materie aus Quarks und Gluonen wieder herstellen, wie er in den ersten Sekundenbruchteilen nach dem Urknall existiert hat", erklärt Professor Peter Braun-Munzinger, Direktor des ExtreMe Matter Instituts EMMI am GSI Helmholtzzentrum. "Die Messungen werden uns einen neuen und einzigartigen Zugang zu bislang unerforschten Gebieten in der Physik liefern."
Alle Komponenten von ALICE funktionieren einwandfrei. ALICE besteht aus einer Reihe von Einzelkomponenten. Der Detektor ist 25 Meter lang, 16 Meter breit und 16 Meter hoch. Er funktioniert wie eine dreidimensionale Kamera und liefert Momentaufnahmen der Kollisionen von schweren Ionen, bei denen mehrere tausend neue Teilchen entstehen. Die Bildauflösung beträgt 600 Millionen Pixel und entspricht 750 Megabyte an digitaler Information. Bei einer Auslesegeschwindigkeit von 17,5 Terabyte pro Sekunde können viele tausend Ereignisse pro Sekunde aufgezeichnet werden.
GSI hat von Anfang an eine führende Rolle beim Bau und beim wissenschaftlichen Programm von ALICE gespielt, zusammen mit den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Heidelberg und Münster und den Fachhochschulen Köln und Worms. Inzwischen gehören mehr als 1.000 Wissenschaftler aus 30 Ländern zur ALICE-Kollaboration. Unter den mehr als 100 Wissenschaftlern aus Deutschland sind 41 Doktoranden. Deutsche Forscher sind bei drei zentralen ALICE-Projekten engagiert. Dabei handelt es sich um die Zeitprojektionskammer, die auf fünf Metern Länge die Kollisionszone bis zu einem Radialabstand von zweieinhalb Metern umschließt, und um den nach außen folgenden Übergangstrahlungsdetektor. Das dritte Projekt ist der so genannte "High Level Trigger", ein neuartiger Hochleistungsrechner, der innerhalb von Bruchteilen von Sekunden die ungeheuren Datenmengen jedes ALICE-Ereignisses analysieren kann.
]]>Zuvor fand ein Briefwechsel zwischen den Grundschülern und Wissenschaftlern statt. Die Studierenden und Doktoranden stellten sich vor, erläuterten, was sie an der Physik fasziniert, und beschrieben, was sie am GSI erforschen. In einem Antwortbrief stellten sich die Schüler vor und formulierten erste Fragen an die Studierenden. Diese Fragen werden in den ersten Unterrichtsstunden von den jungen Forschern aufgegriffen. Mit einem einfachen Experiment erfahren Schüler mehr über kleine Teilchen und die Forschungsthemen der Studierenden. In weiteren Unterrichtseinheiten bauen die Studierenden gemeinsam mit den Kindern ein einfaches Modell eines Teilchenbeschleunigers. Das Experiment ist speziell entwickelt worden, um den Kindern auf spielerische Weise eine Beschleunigeranlage zu erklären. Dabei steht Forschendes Lernen im Vordergrund.
Zum Abschluss des Projekts am Montag, den 15. November werden die Schüler gemeinsam mit ihren Eltern das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt besuchen und eine Führung durch die Großforschungsanlage erhalten. So lernen Kinder und Eltern den Arbeitsplatz der jungen Forscher kennen und bekommen einen direkten Einblick in den Wissenschaftsbetrieb einer großen Forschungseinrichtung. Herausragende Resultate am GSI sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen.
Die Agentur two4science hat in enger Abstimmung mit Lehrkräften der Pestalozzischule die Experimentiereinheiten und Unterrichtsmaterialien für den ersten Projektdurchlauf erstellt. Sie bereitet die Studierenden auf den Unterrichtseinsatz vor und wird den Besuch am GSI begleiten. Die Stiftung Polytechnische Gesellschaft und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung möchten die Naturwissenschaften stärker in die Grundschulen tragen. Dabei steht der persönliche Kontakt zwischen jungen Wissenschaftlern und den Schülern im Vordergrund. Die jungen Physiker sollen ihre Begeisterung im Gespräch und gemeinsamen Experimentieren auf die Kinder übertragen und ihnen eine Vorstellung von der komplexen wissenschaftlichen Forschung an einer Großforschungsanlage vermitteln.
Die Pestalozzischule eignet sich besonders für das Pilotprojekt "Junge Forscher - wer wir sind und was wir tun", da die Schule einen hohen Anteil an Schülern aus bildungsungewohnten Elternhäusern verzeichnet. Insbesondere die Kinder, die in ihrem Umfeld keinen Kontakt zu Wissenschaftlern haben, sollen auf diesem Weg für Naturwissenschaften und Technik begeistert werden. Mit der Pestalozzischule hat die Stiftung Polytechnische Gesellschaft bereits mehrere ihrer Projekte verwirklicht, wie das "Diesterweg-Stipendium", die "StadtteilDetektive" und den "DeutschSommer".
Für die Stiftung Polytechnische Gesellschaft ist das Pilotprojekt Teil einer "Bildungskette" mit dem Ziel, junge Menschen an Naturwissenschaften und Technik heranzuführen. Dazu zählen die Förderung des Goethe-Schülerlabors Physik & Chemie und die Mathematik AG an der Goethe-Universität, die Junior-Ingenieur-Akademie, sowie das MainCampus-Stipendiatenwerk. Das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung möchte auf diesem Wege sein Angebot an die breite Öffentlichkeit erweitern. Zurzeit nutzen viele tausend Menschen pro Jahr das bestehende Angebot, die Forschungsanlage zu besichtigen oder im Schülerlabor zu experimentieren, das sich insbesondere an Schüler der Oberstufe richtet.
]]>Mehr Informationen zur Krebstherapie mit Ionenstrahlen:
Ionenstrahlen im Kampf gegen Krebs und Website HIT
Bitte haben Sie dafür Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal 3 Kalender (solange der Vorrat reicht) versendet werden können.
Für unsere Mitarbeiter liegt der Kalender bereits im GSI Helmholtzzentrum in Bibliothek, Foyer und Geschäftsführungsetage aus. Weitere Exemplare können gerne im Lager abgeholt werden.
Mit besten Grüßen,
Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
„Mit FAIR stellen wir kosmische Materie im Labor her, das heißt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt stoßen in neue Dimensionen der Materie vor, wie zum Beispiel Antimaterie oder heiße Sternmaterie. Für ihre grundlegenden Forschungen werden sie neuartige Hochleistungscomputer entwickeln und erwarten Durchbrüche für neue Nanomaterialien sowie bio-medizinische Anwendungen", sagt Professor Horst Stöcker, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI.
Die Gründung der „FAIR GmbH“ ist Teil des Abkommens und wurde heute ebenfalls vollzogen. „Wir werden den Bau der Beschleuniger- und Experimentieranlagen koordinieren. Die beteiligten Staaten werden bei uns ihre technische und wissenschaftliche Expertise sowie finanzielle und „In-kind“ Beiträge in das Projekt einbringen“, sagt Professor Boris Sharkov, der erste Wissenschaftliche Geschäftsführer der FAIR GmbH. Die FAIR GmbH wird in Darmstadt beim GSI Helmholtzzentrum angesiedelt sein.
Das Beschleunigerzentrum FAIR, das in Darmstadt errichtet wird, ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. Schon heute arbeiten etwa 3.000 Wissenschaftler aus über 40 Ländern an der Planung der Experimentier- und Beschleunigeranlagen. FAIR wird Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Im Endausbau besteht FAIR aus acht Kreisbeschleunigern mit bis zu 1.100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden als Vorbeschleuniger dienen. Das Forschungszentrum Jülich übernimmt den Bau eines Beschleunigerrings, des so genannten Speicherrings HESR, für die Forschung mit hochenergetischen Antiprotonen.
An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Wissenschaftler aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall erwarten.
So wird es an FAIR möglich sein, Antimaterie zu erforschen. Die Forscher wollen dem Rätsel nachgehen, warum Antimaterie im Universum bis auf winzige Reste kaum vorkommt und warum die uns bekannte Materie, aus der wir bestehen und die uns umgibt, "bevorzugt" ist.
An FAIR werden Forscher auch nach neuen Formen von Materie suchen, um auf diese Weise der rätselhaften dunklen Materie auf die Spur zu kommen. Denn obwohl dunkle Materie einen weitaus größeren Anteil im Universum ausmacht als die uns bekannte Materie, konnte sie noch nicht direkt beobachtet werden.
An der geplanten Anlage wollen Forscher außerdem untersuchen, wie Sterne explodieren und welche Prozesse dabei ablaufen. Denn nach unserer heutigen Vorstellung entstehen bzw. entstanden die chemischen Elemente in gewaltigen Sternexplosionen. Das heißt, alle Materie – auch wir selbst – besteht letztendlich aus Sternenstaub, den Überresten von explodierten Sternen.
Ionenstrahlen, die natürlicherweise in der kosmischen Strahlung vorkommen, lassen sich an FAIR erzeugen. Dies ermöglicht Wissenschaftlern, die Wirkung der Ionenstrahlen auf Materialien und Gewebeproben zu studieren. Sie möchten somit Komponenten für die Satellitentechnik testen und strahlenbiologische Untersuchungen für bemannte Raummissionen oder neue Anwendungen in der Medizin durchführen.
Lesen Sie zu diesem Thema auch die Pressemitteilung des BMBF: https: www.bmbf.de/press/2959.php
GSI ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum mit einem Jahresetat von gut 100 Millionen Euro und über 1.000 Mitarbeitern. GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen, das heißt Strahlen aus geladenen Atomen. Jährlich nutzen etwa 1.200 Wissenschaftler aus aller Welt die Ionenstrahlen für Experimente in der Grundlagenforschung. Das Forschungsprogramm umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über Plasma- und Materialforschung bis hin zur Biophysik und Medizin reicht. Die wohl bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen, die sich seit kurzem im Routineeinsatz an Kliniken befindet. In den kommenden Jahren wird bei GSI das Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) mit einem Investitionsvolumen von rund 1,2 Milliarden Euro errichtet, wovon 25 Prozent durch internationale Partner getragen werden.
]]>Mit zwei genehmigten Anträgen war GSI überdurchschnittlich erfolgreich. Deutschlandweit wurden 18 Anträge aus den 16 Helmholtzzentren genehmigt. Sie wurden in einem mehrstufigen Wettbewerbsverfahren von einer interdisziplinären Jury ausgewählt. Die Nachwuchsgruppen werden zu gleichen Teilen von der Helmholtz-Gemeinschaft und dem beteiligten Helmholtzzentrum finanziert.
Die Gruppe um Miriam Fritsch wird einen so genannten Luminositätsmonitor mit aufbauen, eine Messapparatur, die ein wichtiger Bestandteil des geplanten Experimentaufbaus „Panda“ an der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR sein wird. Wissenschaftler aus aller Welt möchten mit Panda Experimente mit Teilchenstrahlen aus Antimaterie durchführen, um die elementaren Bausteine der Materie und die Starke Kraft, die sie zusammenhält, besser zu verstehen.
Jan Dvorak wird mit seiner Nachwuchsgruppe eine Messapparatur entwickeln, einen so genannten Isotopen-Separator, um neue, sehr neutronenreiche Atomkerne zu entdecken. Mehrere tausend derartige Atomkerne werden theoretisch vorhergesagt. Die Untersuchung neutronenreicher Atomkerne ist ein zentrales Forschungsgebiet an FAIR. Sie spielt eine entscheidende Rolle zum Verständnis der Entstehung von Elementen im Universum, die letztendlich unsere Existenz erst ermöglicht hat.
]]>Christiane Neumann war seit Oktober 2008 kaufmännische Geschäftsführerin von GSI. GSI bedauert ihren Weggang sehr und dankt ihr für ihre hervorragende Arbeit. Wir wünschen ihr für ihre neuen Aufgaben in Berlin alles Gute.
Die Position des Kaufmännischen Geschäftsführers bei GSI ist neu ausgeschrieben.
GSI ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum mit einem Jahresetat von gut 100 Millionen Euro und über 1.000 Mitarbeitern. GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen, das heißt Strahlen aus geladenen Atomen. Jährlich nutzen etwa 1.200 Wissenschaftler aus aller Welt die Ionenstrahlen für Experimente in der Grundlagenforschung. Das Forschungsprogramm umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über Plasma- und Materialforschung bis hin zur Biophysik und Medizin reicht. Die wohl bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen, die sich seit kurzem im Routineeinsatz an Kliniken befindet. In den kommenden Jahren wird bei GSI das Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) mit einem Investitionsvolumen von rund 1,2 Milliarden Euro errichtet, wovon 25 Prozent durch internationale Partner getragen werden.
]]>DESYs neue Röntgenquelle PETRA III hat ihren Betrieb für die internationale Wissenschaft aufgenommen. An der Synchrotronquelle der dritten Generation mit 2,3 Kilometern Umfang wurden heute die ersten externen Nutzer begrüßt und damit die erste offizielle Messperiode gestartet. „Bereits die erste Messzeitperiode von PETRA III ist überbucht“, sagt der Vorsitzende des DESY-Direktoriums, Prof. Helmut Dosch. „Das zeigt das immense Interesse der Nutzergemeinde an unserer neuen Synchrotronstrahlungsquelle.“
Weitere Informationen finden Sie hier: Pressemitteilung DESY.
„Durch das GSI Sommer-Studenten-Programm lerne ich Menschen aus aller Welt und unterschiedlichen Kulturen kennen. Ich finde es großartig, wie sie gemeinsam mit großem Einsatz und Begeisterung an der Beschleunigeranlage forschen“, sagt Gabriele Babini aus Pavia in Italien.
Die Studenten lernen zum Beispiel, wie neue superschwere Elemente erzeugt werden oder wie im Labor die Bedingungen in den ersten Mikrosekunden nach dem Urknall studiert werden. Ebenso wird untersucht, wie es im Inneren von Neutronensternen oder der Sonne aussehen könnte. Andere Studenten beschäftigen sich mit kernphysikalischen Präzisionsexperimenten, die helfen, das Alter unseres Universums zu bestimmen. Biophysikalisch-medizinische Arbeiten, die sich mit der Tumortherapie mit Ionenstrahlen beschäftigen, oder mehr technisch orientierte Arbeiten in der Beschleunigerentwicklung und Computer- und Messtechnik sind ebenfalls Teil des Studentenprogramms. Die Ergebnisse aller Projekte werden am Ende der acht Wochen präsentiert und in einem Bericht publiziert.
Das GSI-Studenten-Programm findet bereits zum 30. Mal statt und war eines der ersten seiner Art. Inzwischen bieten fast alle Großlabors in Europa ähnliche Programme in den Sommer-Semesterferien an. Seit diesem Jahr ist das Studenten-Programm erstmals in das Programm der Graduiertenschule des GSI und seiner Partner-Universitäten (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research, HGS-HIRe) aufgenommen. Das Studenten-Programm, an dem bisher insgesamt über 1.000 Studenten teilnahmen, ist ein wesentlicher Bestandteil der Nachwuchsförderung am GSI. Studenten, die bereits ihre Vorprüfungen abgeschlossen haben, sollen eine Orientierungshilfe auf ihrer Suche nach einem Fachgebiet und möglichen Studien-, Master- und später auch Doktorarbeiten erhalten. Viele Teilnehmer von früheren Programmen haben sich anschließend für eine Diplom- oder Doktorarbeit am GSI oder an ihren Heimatinstituten im Rahmen von Kooperationen mit GSI-Projekten entschieden. Viele haben darüber hinaus ihre berufliche Karriere in der Wissenschaft eingeschlagen, bis hin zur Physik-Professur.
Die am aktuellen Programm teilnehmenden Studenten sind noch bis zum Freitag, den 24. September 2010 am GSI. Wenn Sie Interesse an einer weitergehenden Berichterstattung haben, können Sie gerne mit uns Kontakt aufnehmen. Wir vermitteln Ihnen Studenten für Interviews und Fotos am Arbeitsplatz.
]]>Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab - nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Als Redner konnten sowohl GSI-Mitarbeiter als auch externe Referenten aus Universitäten und anderen Instituten gewonnen werden.
Alle Vorträge werden im Hörsaal des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, gehalten. Sie finden in der Regel einmal pro Monat jeweils Mittwochs in der Monatsmitte um 14:00 Uhr statt. Der Eintritt ist frei, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Externe Teilnehmer werden gebeten, für den Einlass an unserer Pforte ein Ausweisdokument bereitzuhalten.
Weitere aktuelle Informationen finden Sie auf unserer Website Wissenschaft für Alle
"Nicht nur an Festtagen wie heute müssen wir feststellen, dass bei der seinerzeit in den 1960er Jahren getroffenen Entscheidung, das GSI als gemeinsames Projekt von Bund und Land ins Leben zu rufen, die richtigen Menschen mit den richtigen Ideen und den richtigen Visionen zusammengekommen sind. Das Institut ist als anerkannter Treffpunkt für weltweit anerkannte Wissenschaftler zu einem Selbstläufer geworden, auf den wir stolz sind und von dem wir lernen, wie wir durch zielgerichtete Wissenschaftsförderung Innovation auslösen und verwertbar machen können", sagte der Hessische Ministerpräsident Roland Koch, der die Festrede hielt. Außerdem überbrachten der Parlamentarische Staatssekretär bei der Bundesministerin für Bildung und Forschung Helge Braun, der Staatsekretär im polnischen Wissenschaftsministerium Jerzy Szwed und die Hessische Wissenschaftsministerin Eva Kühne-Hörmann Grußworte aus ihren Ministerien.
Das Element 112 wurde von einem internationalen Team von Wissenschaftlern um Professor Sigurd Hofmann am GSI Helmholtzzentrum entdeckt und hat den offiziellen Namen Copernicium mit dem chemischen Symbol "Cn". Der Name zu Ehren von Nikolaus Kopernikus steht in einer langen Tradition, chemische Elemente nach verdienstvollen Wissenschaftlern zu benennen. Kopernikus' astronomische Arbeiten waren Ausgangspunkt für unser modernes Weltbild, nach dem die Erde mit allen anderen Planeten um die Sonne kreist und somit die Sonne der Mittelpunkt unseres Sonnensystems ist.
"Sigurd Hofmann und sein internationales Team sind seit Jahrzehnten Weltspitze in der Erforschung superschwerer Elemente. Die heutige Taufe des Elements 112 ist ein weiterer Beweis dafür. GSI wird die Jagd nach noch schwereren Elementen mit verbesserten und neuen Messaufbauten fortsetzen, um bis ans Ende des Periodensystems vorzustoßen", sagt Professor Horst Stöcker, der wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI.
Die Wissenschaftler um Sigurd Hofmann konnten am 9. Februar 1996 zum ersten Mal ein Atom des Elements Copernicium erzeugen. Mit der über hundert Meter langen GSI-Beschleunigeranlage beschossen sie eine Blei-Folie mit geladenen Zink-Atomen, so genannte Zink-Ionen. Durch Verschmelzung der Atomkerne der beiden Elemente entstand ein neues Atom, das Element 112. Dieses Atom ist nur Bruchteile von Sekunden stabil. Die beim Zerfall des Elements ausgesandte Strahlung nutzten die Wissenschaftler, um das neue Element zu identifizieren.
Die Entdeckung des Elements wurde in unabhängigen Experimenten auch an anderen Forschungseinrichtungen bestätigt. Letztes Jahr hat die zuständige internationale Chemikerunion IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) die Existenz des Elements 112 endgültig anerkannt. Sie sprach dem Team am GSI Helmholtzzentrum das Entdeckerrecht zu und forderte die Forscher auf, einen Namen vorzuschlagen.
Mit der Benennung des Elements 112 haben die GSI-Wissenschaftler nunmehr dem sechsten der von ihnen entdeckten Elemente einen Namen gegeben. Die anderen fünf wurden wie folgt benannt: Bohrium für Element 107, Hassium für Element 108, Meitnerium für Element 109, Darmstadtium für Element 110 und Roentgenium für Element 111.
An den GSI-Experimenten, die zur Entdeckung von Element 112 führten, waren 21 Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland, Russland und der Slowakei beteiligt.
Die Wissenschaftler am GSI möchten herausfinden, welches das schwerste Element überhaupt ist und wo das Periodensystem endet. So können sie grundlegende Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entstehung der Elemente als Voraussetzung für unser Leben gewinnen.
GSI ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum mit einem Jahresetat von gut 100 Millionen Euro und über 1.000 Mitarbeitern. GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen, das heißt Strahlen aus geladenen Atomen. Jährlich nutzen etwa 1.200 Wissenschaftler aus aller Welt die Ionenstrahlen für Experimente in der Grundlagenforschung. Das Forschungsprogramm umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über Plasma- und Materialforschung bis hin zur Biophysik und Medizin reicht. Die wohl bekanntesten Ergebnisse sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Krebstherapie mit Ionenstrahlen, die sich seit kurzem im Routineeinsatz an Kliniken befindet. In den kommenden Jahren wird bei GSI das Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) mit einem Investitionsvolumen von rund 1,2 Milliarden Euro errichtet, wovon 25 Prozent durch internationale Partner getragen werde
]]>„Physik umgibt und betrifft uns alle. Im Schülerlabor am GSI Helmholzzentrum versuche ich zusammen mit meinen Kollegen, Schülerinnen und Schülern den Schulstoff an einem faszinierenden und authentischen Lernort näher zu bringen“, sagt Axel Gruppe.
Axel Gruppe hat das GSI-Schülerlabor mit Hilfe von GSI-Wissenschaftlern über ein Jahr lang geplant und aufgebaut bevor es im Schuljahr 2004/05 seinen Betrieb aufnahm. Inzwischen sind fünf Lehrkräfte im Schülerlabor beschäftigt, das an drei Tagen in der Woche geöffnet hat. Bislang haben rund 7.000 Schüler das Schülerlabor genutzt.
Neben seiner Tätigkeit im Schülerlabor ist Axel Gruppe nach wie vor als Lehrer und Fachbereichsleiter für die naturwissenschaftlichen Fächer im Lessing-Gymnasium in Frankfurt tätig. Er promovierte am kernphysikalischen Institut der Goethe-Universität Frankfurt mit einer Forschungsarbeit, die er an der Beschleunigeranlage bei GSI durchführte.
Mit dem Schülerlabor möchte das GSI Helmholtzzentrum eine Brücke schlagen zwischen der naturwissenschaftlichen Ausbildung an Schulen und der aktuellen Forschung. Es leistet einen Beitrag zur Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses und gibt Schülerinnen und Schülern für ihre spätere Studien- und Berufswahl eine Entscheidungshilfe an die Hand. Durch die unmittelbare Nachbarschaft zu den Forschungsanlagen des GSI wird es auch zum Ort der Begegnung zwischen Schülern, Forschern und Lehrern.
Das Schülerlabor richtet sich, abgestuft in verschiedenen Schwierigkeitsgraden, an Kurse der Gymnasialen Oberstufe und an Klassen der 9. und 10. Jahrgangsstufe an Gymnasium und Realschule. Die angebotenen Versuche und die damit verbundenen Aufgabenstellungen sind mit dem Lehrplan für hessische Schulen abgestimmt. Jeder Besuchstag im Schülerlabor ist mit einer Besichtigung der GSI-Beschleuniger- und Forschungsanlagen verbunden. Dort sehen die Schüler die Messtechniken, mit denen sie im Schülerlabor zuvor noch selbst experimentiert haben, im großen Maßstab und im Einsatz für die Grundlagenforschung wieder.
Neben dem Angebot für Schulklassen wird das Schülerlabor für Lehrerfortbildungen genutzt. Diese sind über das Institut für Qualitätsentwicklung (IQ) des Hessischen Kultusministeriums als offiziell akkreditierte Lehrerfortbildungen anerkannt.
Die Carl Wilhelm Fück-Stiftung verleiht jährlich den Carl Wilhelm Fück-Preis für besondere Verdienste in der naturwissenschaftlichen Lehre und Nachwuchsförderung. Namensgeber der Stiftung ist der 1936 verstorbene Maurermeister und Architekt Carl Wilhelm Fück. Er hat vor allem während der Zeit der Baukonjunktur 1890-1914 in den Frankfurter Stadtteilen Bornheim und Seckbach viele typische Gründerzeit-Häuser entworfen und deren Bau begleitet, wobei er besonderen Wert auf die typischen roten Sandsteinverzierungen gelegt hat. Die Stiftung wurde mit dem gemeinnützigen Zweck "Förderung der Naturwissenschaft" als Stiftung von Todes wegen von Fücks Enkelin Dr. Annelore Fück gegründet. Nach deren Tod im Jahre 2007 wurde die Stiftung eingerichtet und als gemeinnützig anerkannt.
]]>Mit dem Messaufbau TASCA ist es Wissenschaftlern um Christoph Düllmann gelungen, in einem vierwöchigen Experiment 13 Atome des Elements 114 nachzuweisen. Obwohl dies nur wenige Atome sind, ist das die höchste jemals gemessene Produktionsrate für Element 114. Dies wird in Zukunft weitreichende chemische, atom- und kernphysikalische Messungen an superschweren Elementen erst möglich machen. In ihrem Experiment konnten sie zwei verschiedene Isotope des Elements 114 mit den Massenzahlen 288 und 289 identifizieren. Die gemessenen Halbwertszeiten liegen im Bereich von einer Sekunde.
„TASCA hat weltweit die höchste Effizienz zum Nachweis superschwerer Elemente an Beschleunigeranlagen. Dies ist die entscheidende Grundlage für zukünftige Experimente, in denen wir superschwere Elemente im Bereich von Element 114 auch chemisch untersuchen werden, um sie an die richtige Stelle im Periodensystem einordnen zu können", sagt Christoph Düllmann von GSI, der Leiter der Kollaboration, der auch am neu gegründeten Helmholtz-Institut Mainz, das an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz angesiedelt ist, tätig ist.
In ihren Experimenten schossen die Wissenschaftler mit Hilfe des 120 Meter langen GSI-Teilchenbeschleunigers geladene Calcium-Atome, so genannte Calcium-Ionen, auf eine mit Plutonium beschichtete Folie. Durch Kernfusion verschmolzen die beiden Atomkerne der beiden Elemente Calcium und Plutonium zu einem Atomkern des neuen Elements. Es besitzt die so genannte Kernladungszahl 114, daher der vorläufige Name "Element 114". Die Zahl ergibt sich aus der Summe der Kernladungszahlen der beiden Ausgangselemente: Calcium mit 20 und Plutonium mit 94.
Im gasgefüllten Separator TASCA wurden die mit dem Beschleuniger erzeugten Atome sehr selektiv von anderen Reaktionsprodukten abgetrennt und in einen speziellen Halbleiterdetektor implantiert. Anschließend wurden die Atome des Elements 114 identifiziert, indem die beim Zerfall ausgesandte Strahlung mit diesem Detektor gemessen wurde.
Das vor zehn Jahren erstmals im Kernforschungszentrum in Dubna, Russland, nachgewiesene Element 114 wurde bisher noch nicht offiziell von der dafür zuständigen Kommission der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) anerkannt. Die Ergebnisse von GSI, Darmstadt, und aus Berkeley, USA, wo fast zeitgleich zwei Atome des Elements 114 nachgewiesen wurden, bestätigen nun im Wesentlichen die Ergebnisse aus Dubna.
Erst vor kurzem hatte die IUPAC das letzte bei GSI entdeckte Element 112 offiziell als das bisher schwerste Element anerkannt. Noch unbestätigt sind Experimente aus Russland zur Erzeugung der Elemente bis hin zu 118.
Am Experiment zur Erzeugung von Element 114 mit TASCA bei GSI waren Wissenschaftler von GSI, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und der Technischen Universität München federführend. Beteiligt waren weiterhin Wissenschaftler aus Berkeley (USA), Jyväskylä (Finnland), Kolkata (Indien), Liverpool (Großbritannien), Lund (Schweden), Oslo (Norwegen) und Warschau (Polen).
Die Originalpublikation finden Sie unter: Physical Review Letters.
]]>Was gibt's noch? Eröffnung Helmholtz-Insituts Mainz // Drei Memoranda of Understanding // 15 Jahre Gleichstellungsgremium // Kaum Spätfolgen bei Krebstherapie mit Ionenstrahlen // Upgrade der Ringbeschleunigeranlagen für FAIR // Infos über Verbundprojekte und Kooperationen // und vieles mehr... Abonnement & Download
Der Ehrendoktor wurde ihm für seine herausragenden Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Experimentalphysik zuerkannt. Dazu gehören nicht nur die subatomare Physik, sondern auch Atomphysik und Anwendungen, wie z.B. Weltraumforschung und Tumortherapie. Ein besonderer Fokus lag auf dem Gebiet der exotischen Kerne, um diese zu untersuchen realisierte Hans Geissel am GSI die Idee des Fragmentseparators FRS für relativistische Projektilstrahlen. Ähnliche Instrumente werden heute an anderen weltweit führenden Anlagen wie RIKEN (Tokio, Japan), MSU (Michigan, USA) und in Zukunft mit dem Super-FRS bei FAIR eingesetzt. Wichtige wissenschaftlichen Erfolge erzielte Hans Geisel mit FRS-ESR auf dem Gebiet der gespeicherten Ionen, wozu Massen- und Lebensdauermessungen kurzlebiger Fragmente gehören und auch Untersuchungen zum beta-Zerfall in gebundene Endzustände des emittierten Elektrons. Auch zählt der erste Nachweis des lange gesuchten doppelt-magischen Kernes 100-Sn zu seinen Forschungsergebnissen. Besondere weltweite Beachtung fand die Entdeckung tiefliegender gebundener Pionen in Blei- und Zinnisotopen. Mit dieser Ehrung ist auch die internationale Anerkennung des gesamten Experimentierprogrammes am FRS verknüpft.
Hans Geissel ist Leiter der Abteilung FRS-ESR am GSI Helmholzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und Professor an der Justus-Liebig-Universität in Gießen. Außerdem leitet er das Projekt Super-FRS, das das zentrale Forschungsinstrument der NuSTAR-Kollaboration bei FAIR sein wird. Er hat eine Vielzahl beachteter Doktorarbeiten betreut, einige davon in Zusammenarbeit mit der Chalmers Technical University in Göteborg. Die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses ist ihm ein besonderes Anliegen, so hat er zusammen mit Kollegen die "GSI Exotic Nuclei Community" (GENCO) ins Leben gerufen, die junge Nachwuchswissenschaftler fördert.
Weitere Informationen:
]]>Das Helmholtz-Institut Mainz (HIM) wurde im Juni 2009 gegründet, um die langjährige Zusammenarbeit zwischen dem GSI Helmholtz-zentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt und der Johannes Gutenberg-Universität Mainz weiter zu stärken und zu institutionalisieren. Im Beisein von Dr. Helge Braun, Staatssekretär beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), und Michael Ebling, Staatssekretär im Ministerium für Bildung, Wissenschaft, Jugend und Kultur (MBWJK) des Landes Rheinland-Pfalz, fand am Freitag die Auftaktfeier für das neue Institut in Mainz statt. Das Institut soll in den kommenden Jahren Fragen zur Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie bearbeiten...
Zur Pressemitteilung der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
]]>Die heute erreichte Energie je Teilchenstoß betrug 7 Tera-Elektronenvolt, das ist gut 3500-mal mehr als die Ruhemasse der beiden Stoßpartner. Nach Abschluss der jetzigen Experimentierperiode soll die Energie auf die geplante Endenergie gesteigert werden.
ALICE ist eines der vier großen internationalen Experimente, die am LHC aufgebaut sind. Es ist das einzige Experiment am LHC, mit dem Stöße zwischen schweren Atomkernen bei sehr hohen Energien untersucht werden. Die heute begonnene Strahlzeit wird etwa 18 Monate dauern. Dabei werden hauptsächlich Kollisionen von Protonen untersucht. Protonen sind die Atomkerne von Wasserstoff und damit die leichtesten Projektile am LHC. Im Herbst dieses und des nächsten Jahres sind für je vier Wochen auch Kollisionen von Bleiatomkernen geplant. Bleikerne sind rund 200-mal schwerer als Protonen.
"ALICE ist speziell für Kollisionen von schweren Atomkernen ausgelegt. Mit der Kollision von Bleiatomkernen wollen wir für winzige Augenblicke den extrem heißen und dichten Plasmazustand der Materie aus Quarks und Gluonen wieder herstellen, wie er nur Sekundenbruchteile nach dem Urknall existiert hat", erklärt Professor Peter Braun-Munzinger, Direktor des ExtreMe Matter Instituts EMMI am GSI Helmholtzzentrum. "Die Messungen werden uns einen neuen und einzigartigen Zugang zu bislang unerforschten Gebieten der Teilchenphysik liefern."
ALICE besteht aus einer Vielzahl von Einzelkomponenten. Der Detektor ist 25 Meter lang, 16 Meter breit und 16 Meter hoch. Allein der große Magnet, der das magnetische Feld für die Analyse der Teilchenbahnen erzeugt, hat ein Gewicht von 8.000 Tonnen. GSI hat von Anfang an eine führende Rolle beim Bau und beim wissenschaftlichen Programm von ALICE gespielt, zusammen mit den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Heidelberg und Münster und den Fachhochschulen Köln und Worms. Inzwischen gehören mehr als 1.000 Wissenschaftler aus 30 Ländern zur ALICE-Kollaboration. Unter den etwa 100 Wissenschaftlern aus Deutschland sind rund 30 Doktoranden. Deutsche Wissenschaftler sind bei drei zentralen ALICE-Projekten engagiert. Dabei handelt es sich um die riesige Zeitprojektionskammer, die auf fünf Metern Länge die Kollisionszone bis zu einem Radialabstand von zweieinhalb Metern umschließt und um den nach außen folgenden Übergangstrahlungsdetektor. Das dritte Projekt ist der High Level Trigger, ein Hochleistungsrechner, der innerhalb von wenigen Tausendstelsekunden über den Informationsgehalt der Ereignisse entscheidet.
]]>"Mit Hartmut Eickhoff haben wir eine kompetente Führungspersönlichkeit und zugleich einen erfahrenen Beschleunigerexperten gewonnen. GSI ist durch seine Unterstützung als Technischer Geschäftsführer für die nächsten Schritte zur technischen Realisierung von FAIR gewappnet“, freut sich Horst Stöcker.
Hartmut Eickhoff wurde in Münster auf dem Gebiet der Kernphysik promoviert und war seit 1980 bei GSI im Bereich Beschleuniger bei der Auslegung des GSI-Schwerionensynchrotrons SIS18 und des ESR-Speicherrings sowie den Weiterentwicklungen dieser Beschleunigersektionen tätig. 1995 übernahm Eickhoff die Verantwortung für die beschleunigerseitigen Modifikationsarbeiten für das GSI-Pilotprojekt zur Tumortherapie mit Kohlenstoff-Ionen. Von 1998 bis 2005 leitete er das Beschleunigerprojekt der Ionenstrahltherapieanlage HIT des Universitätsklinikums Heidelberg. Seit 2005 ist Hartmut Eickhoff Leiter des Beschleunigerbereichs am GSI Helmholtzzentrum.
]]>Die IUPAC folgt dem Namensvorschlag des internationalen Entdeckerteams um Sigurd Hofmann vom GSI Helmholtzzentrum. Als chemisches Symbol hatte das Entdeckerteam ursprünglich die Abkürzung "Cp" vorgeschlagen. Dies wurde im Einvernehmen zwischen IUPAC und dem Entdeckerteam in "Cn" geändert. Gegen das chemische Symbol "Cp" bestanden Bedenken, weil die Abkürzung verschiedene andere naturwissenschaftliche Bedeutungen hat. Copernicium ist 277-mal schwerer als Wasserstoff und das schwerste von der IUPAC offiziell anerkannte Element.
Die Namensgebung zu Ehren von Nikolaus Kopernikus steht in einer langen Tradition, chemische Elemente nach verdienstvollen Wissenschaftlern zu benennen. Als Tag der Bekanntmachung wählte die IUPAC den 19. Februar, den Geburtstag von Nikolaus Kopernikus, der am 19. Februar 1473 in Thorn (Torun) in Polen geboren wurde. Seine astronomischen Arbeiten waren Ausgangspunkt für unser modernes Weltbild, nach dem die Erde mit allen anderen Planeten um die Sonne kreist und somit die Sonne der Mittelpunkt unseres Sonnensystems ist.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern um Sigurd Hofmann konnte das Element Copernicium bereits am 9. Februar 1996 zum ersten Mal bei GSI erzeugen. Mit der über hundert Meter langen GSI-Beschleunigeranlage beschossen sie eine Blei-Folie mit Zink-Ionen. Durch Verschmelzung der Atomkerne der beiden Elemente entstand ein neues Atom des Elements 112. Dieses Atom war nur Bruchteile von Sekunden stabil. Mit empfindlichen Nachweisverfahren haben die Wissenschaftler die beim radioaktiven Zerfall ausgesandten Alpha-Teilchen vermessen und auf diese Weise das neue Element identifiziert.
Die Entdeckung des Elements wurde in weiteren unabhängigen Experimenten mehrfach bestätigt. Letztes Jahr hat die IUPAC die Existenz des Elements 112 endgültig anerkannt. Sie sprach dem Team am GSI Helmholtzzentrum das Entdeckerrecht zu und forderte es auf, einen Namen vorzuschlagen.
Mit der Benennung des Elements 112 gaben die GSI-Forscher nunmehr dem sechsten chemischen Element einen Namen. Die anderen fünf am GSI Helmholtzzentrum entdeckten Elemente wurden wie folgt benannt: Bohrium für Element 107, Hassium für Element 108, Meitnerium für Element 109, Darmstadtium für Element 110 und Roentgenium für Element 111.
An den GSI-Experimenten, die zur Entdeckung von Element 112 führten, waren 21 Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland, Russland und der Slowakei beteiligt.
*IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry
]]>GSI hat Prof. Poliakoff und Video-Journalist Brady Haran eingeladen, nachdem auf der Website zum Video-Projekt "The Periodic Table of Videos" bereits alle bei GSI entdeckten Elemente in Form von Kurzfilmen vorgestellt wurde. Der Rundgang durch die GSI-Forschungsanlage brachte Poliakoff und Haran auch an die Stellen, an denen Atomkerne mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten aufeinander prallen, und wo durch den Prozess der Kernfusion neue Elemente entstehen können.
Seit den 1980er Jahren haben die Experimente an den GSI-Beschleunigern schon zur Entdeckung sechs schwerer chemischer Elemente - Meitnerium, Hassium, Darmstadtium, Roentgenium, Bohrium und Copernicium (vorläufiger Name) - mit den Ordnungszahlen 107 bis 112 geführt.
Der Film zum GSI-Besuch auf YouTube:
Super Heavy Elements - Periodic Table of Videos in Darmstadt
Der Teaser zum GSI-Besuch auf YouTube:
Darmstadt Sneak Preview - Periodic Table of Videos
Märtin erhieltden Preis für die Konstruktion eines Bragg-Kristallspektrometers sowie die daran durchgeführten Untersuchung vonInnerschalenübergängen in hochgeladenen Ionen. Mit Hilfe des Kristallspektrometers konnte der Innerschalenübergang eines Elektrons (1s2p3P2 → 1s2s3S1) in heliumartigem Uran erstmals direkt vermessen werden. Untersuchungen von Röntgenübergängen in hochgeladenen Ionen sind zur Überprüfung der Quantenelektrodynamik und zur Studie von relativistischen sowie Elektron-Korrelations-Effekten in starken Coulomb-Feldern von großem Interesse.
Der Philipp Siedler Förderpreis wird bis zu drei Mal im Jahr für hervorragende Studienabschlussarbeiten aus allen physikalischen Disziplinen der Goethe-Universität Frankfurt verliehen und ist mit 1.000 Euro dotiert.
]]>Einem internationalen Team von Wissenschaftlern um Michael Block gelang es, Atome des Elements 102, Nobelium, und damit erstmals überhaupt ein so genanntes superschweres Element in einer Ionen-Falle einzufangen. Dadurch konnten sie die Masse von Nobelium-Atomen mit nie dagewesener Genauigkeit messen. Die Masse ist eine grundlegende Eigenschaft von Atomen, aus der sich unmittelbar die Bindungsenergie, die das Atom zusammenhält, berechnen lässt. Daraus wiederum lässt sich seine Lebensdauer bzw. Stabilität ermitteln. Der eigentliche Zerfall muss nicht wie bei früheren Methoden abgewartet werden. Deshalb können in einer Ionen-Falle Elemente mit extrem langen Lebensdauern nachgewiesen werden. Auf längere Sicht erhoffen sich die Wissenschaftler bis zur Insel der Stabilität, die im Bereich um die Elemente 114 bis 120 vermutet wird, vorzudringen.
"Die präzise Messung der Masse von Nobelium mit unserem neuen Messaufbau Shiptrap war ein erster erfolgreicher Schritt. Unser Ziel ist es nun, den Messaufbau weiter zu verfeinern, sodass wir zu immer schwereren Elementen vorstoßen können, um vielleicht eines Tages die Insel der Stabilität zu erreichen", sagt Michael Block, der Leiter der Experimentiergruppe am GSI Helmholtzzentrum.
Für seine Messungen baute das Team um Michael Block eine komplexe Apparatur, die Ionen-Falle Shiptrap, auf und kombinierte sie mit dem Geschwindigkeitsfilter Ship, mit dem bei GSI bereits sechs kurzlebige Elemente entdeckt werden konnten. Das Nobelium erzeugten sie, indem sie eine Blei-Folie mit Kalzium-Ionen aus dem GSI-Beschleuniger beschossen. Danach trennten sie das erzeugte Nobelium mit Ship von anderen Reaktionsprodukten ab. In der Shiptrap-Apparatur wurde das Nobelium zuerst in einer mit Gas gefüllten Zelle abgebremst und anschließend in einer so genannten Penning-Falle als Ion eingefangen. Durch Magnetfelder in der Falle gehalten, kreiste das Nobelium-Ion auf einer winzigen Spiralbahn mit einer bestimmten Frequenz, aus der sich direkt die Masse berechnen ließ. Die Messungenauigkeit lag bei nur fünf Millionstel Prozent. Die Masse und damit die Bindungsenergie kann somit viel genauer als bisher und erstmals direkt, also ohne Zuhilfenahme von theoretischen Annahmen, bestimmt werden.
An den Experimenten beteiligt waren neben GSI das Max-Planck-Institut für Kernphysik Heidelberg, die Universitäten Gießen, Greifswald, Heidelberg, Mainz, München, Padua (Italien), Jyväskylä (Finnland) und Granada (Spanien) sowie das PNPI (Petersburg Nuclear Physics Institute) und das JINR (Joint Institute for Nuclear Research) in Russland.
Link zur wissenschaftlichen Veröffentlichung: www.nature.com/nature/journal/v463/n7282/full/nature08774.html
Link zur populärwissenschaftlichen Zusammenfassung (englisch): www.nature.com/nature/journal/v463/n7282/full/463740a.html
]]>Die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" richtet sich an alle an aktueller Wissenschaft und Forschung interessierten Personen. Etwa einmal pro Monat (mit Ausnahme der Sommerferienmonate) findet jeweils an einem Mittwoch in der Monatsmitte ein Vortrag aus der Reihe statt.
Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab – nicht nur über die Forschung an GSI und FAIR wird berichtet, sondern generell über aktuelle Themen aus Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. Ziel der Reihe ist es, die wissenschaftlichen Vorgänge für den Laien verständlich aufzubereiten und darzustellen, um so die Forschung einem breiten Publikum zugänglich zu machen. Die Vorträge werden von sowohl GSI-internen wie auch externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten gehalten.
Wegen umfangreicher Umbaumaßnahmen in Hörsaal und Foyer des GSI Helmholtzzentrums musste die Reihe im letzten Halbjahr pausieren.
| 17.02.2010 | „FAIR“ zwischen Mars und Jupiter – Wie der Kleinplanet Nr. 204873 zu seinem Namen kam Erwin Schwab, GSI |
| 17.03.2010 | Physik mit Spannung und Spaß – 5 Jahre GSI-Schülerlabor Axel Gruppe, GSI |
| 21.04.2010 | Extreme Materie: Vom Heißesten, Kältesten und Dichtesten im Universum Carlo Ewerz, ExtreMe Matter Institute EMMI |
| 19.05.2010 | FAIR – Das Großprojekt – Ein Blick hinter die Kulissen Simone Richter, GSI/FAIR |
| 16.06.2010 | Keine Angst vor Rissen! – Risslängenbestimmung mit Ultraschall und Wirbelstrom an Aluminium-Flugzeugstrukturen Uwe Salecker, Lufthansa Technik AG |
Die Veranstaltungen finden im Hörsaal des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung statt und beginnen um 14:00 Uhr und enden um ca. 15:00 Uhr. Wir freuen uns auf Ihr Kommen!
]]>Die Arbeiten von Dr. Andrea Mairani und Dr. Hiroyuki Nose werden zu einer besseren Planung der Krebsbehandlung am Heidelberger Ionenstrahl Therapiezentrum (HIT) führen. Mairanis Arbeit konzentrierte sich auf die Berechnung der biologischen Wirkung von kernphysikalischen Nebeneffekten dieser außergewöhnlichen Therapie, wohingegen Nose sich mit den Streueffekten des Ionenstrahls sowohl theoretisch, als auch im experimentellen Beweis befasste.
Als Festrednerin konnte PD Dr. Stephanie Combs, Leiterin der Arbeitsgruppe Neuro-RadioOnkologie an der Klinik für RadioOnkologie und Strahlentherapie der Universität Heidelberg, gewonnen werden. In ihrem Vortrag ging sie auf die Rolle der Partikeltherapie in der modernen Radio-Onkologie ein.
Die am GSI Helmholzzentrum entwickelte Therapiemethode mit Ionenstrahlen wurde seit 1997 am GSI zur Behandlung von Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich sowie seit 2006 auch an der Prostata eingesetzt. Sie ist ein sehr genaues, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, hochpräzise in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich. Sie werden so gesteuert, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt und millimetergenau bestrahlt werden können. Das Verfahren eignet sich vor allem für Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie z.B. dem Sehnerv, dem Hirnstamm oder des Darms.
Aufgrund der guten Resultate des Therapieverfahrens wurde im November 2009 eine spezielle Anlage für Ionenstrahl-Therapie an der Radiologischen Klinik in Heidelberg in Betrieb genommen, das Heidelberger Ionenstrahl Therapiezentrum (HIT). Die Beschleunigeranlage und die Bestrahlungstechnik für HIT haben GSI-Wissenschaftler und -Techniker entwickelt und gebaut. Dort können pro Jahr ca. 1.300 Patienten behandelt werden. Zwei weitere Anlagen in Marburg und Kiel befinden sich im Bau.
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Es geht bei NanoBiC um Vorgänge in molekularen Abmessungen, die von außen durch fokusierte Teilchenstrahlen angeregt werden. Der Projektname "NanoBiC" steht für "Nano, Bio, Chemistry und Computing". Erforscht werden bei dem Verbundprojekt die Gesetzmäßigkeiten, nach denen sich Materie in winzigsten Dimensionen nach Auftreten einer sehr lokalisierten Störung von außen selbst organisiert. "Die treibenden Kräfte in der Entwicklung der Nanotechnologie", so beschreibt der Sprecher des Forschungsverbunds, Prof. Michael Huth vom Physikalischen Institut der Goethe-Universität, eine wesentliche Ausrichtung der Forschungsarbeiten, "sind die Faszination des ganz Kleinen und die Erkenntnis, welche wichtige Funktionen auch wenige Atome bereitstellen können."
Ein wichtiges Forschungsvorhaben von NanoBiC ist es etwa, durch Elektronen- oder Ionenstrahlen gezielt einzelne Moleküle zu zersetzen und damit punktgenau Ablagerungen zu platzieren oder chemische Veränderungen an Oberflächen auszulösen. Das spielt sich in Größenordnungen von einem bis 100 Nanometern ab – ein Haar, zum Vergleich, ist etwa 100.000 Nanometer dick. In der technischen Anwendung könnten damit ultrafeine Sensoren, extrem dichte Datenspeicher für Computer sowie neuartige mikromagnetische oder selbstleuchtende Bauelemente geschaffen werden. Zusätzlich haben die Forschungsarbeiten von NanoBiC auch das Ziel, die Auswirkungen von Ionen- und Elektronenstrahlen auf lebende Zellen im Nanomaßstab zu entschlüsseln.
Die Förderung des Beilstein-Instituts wird 20 zusätzliche Stellen für Wissenschaftler schaffen, die als Doktoranden oder Postdocs in den beteiligten Instituten an dem Projekt arbeiten. Das Beilstein-Institut ist eine Stiftung zur Förderung der chemischen Wissenschaften mit Sitz in Frankfurt am Main. Mit dem Verbundprojekt NanoBiC ergänzt die Stiftung ihre Förderung für die Nanotechnologie. In Kürze will sie zudem online das "Beilstein Journal of Nanotechnology" als Open Access-Zeitschrift herausgeben sowie im Mai 2010 das internationale Beilstein-Symposium "Functional Nanoscience" in Bozen veranstalten.
Dr. Werner Brich
Tel.: 069 – 71 67 32 12
E-Mail an Dr. Werner Brich
Beilstein-Institut
Trakehner Str. 7-9
60487 Frankfurt am Main
Beilstein-Institut: www.beilstein-institut.de
Beilstein Journal of Nanotechnologie: www.bjnano.org
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH: GSI
Prof. Michael Huth, Physikalisches Institut, Goethe-Universität Frankfurt am Main: https://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/Wissenschaftliche_Arbeitsgruppen/thinfilm/index.html
Technische Universität Darmstadt: www.tu-darmstadt.de
Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS): https://fias.uni-frankfurt.de/
]]>Durch den angeschlossenen Hörsaal besteht nun wieder die Möglichkeit, aktuelle wissenschaftliche Ergebnisse im Rahmen von Workshops, Konferenzen und Seminaren zu präsentieren. Auch die beliebte Veranstaltungsreihe "Wissenschaft für Alle" wird ab dem 17. Februar wieder aufgenommen. Weitere Informationen zu Wissenschaft für Alle finden Sie dann ganz aktuell auf unserer Website.
Wir laden sie ein: Werfen sie einen virtuellen Blick in unser Foyer! Zur Bildergalerie
Geöffnet hat die neue Cafébar übrigens von 11:00 Uhr bis 19:00 Uhr!
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"Ziel ist es, für FAIR, eines der größten Forschungsvorhaben in der Grundlagenforschung weltweit, die Fachkompetenz, Infrastrukturen und Personalkapazitäten der Universitäten gerade im Rhein-Main-Gebiet durch verstärkte Zusammenarbeit mit der Helmholtz-Gemeinschaft international sichtbar hervorzuheben und den wissenschaftlichen Nachwuchs fördern. Mit dem geschlossenen Vertrag bauen wir die traditionell enge Zusammenarbeit zwischen Goethe-Universität Frankfurt und GSI in bestem Sinne aus", sagt Professor Horst Stöcker, der Wissenschaftliche Geschäftsführer von GSI.
Die Vereinbarung sieht vor, die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Rahmen des FAIR-Projekts abzustimmen. Die Universität Frankfurt, das Land Hessen und GSI werden für FAIR zwölf neue Professuren einrichten und gemeinsam berufen. Darüber hinaus gewähren sich beide Partner gegenseitig Zugang zu ihren technischen Anlagen und werden Programme zur Förderung wissenschaftlichen Nachwuchses etablieren. In der Graduiertenschule "Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research" (HGS-Hire) an der mehrere Universitäten beteiligt sind, werden die etwa 250 Doktoranden zentral koordiniert, die sich mit der Forschung an GSI und FAIR befassen.
Der Kooperationsvertrag basiert auf einer Rahmenvereinbarung über die strategische Zusammenarbeit beim Aufbau und der wissenschaftlichen Nutzung von FAIR aus dem November 2008. Neben der Goethe-Universität Frankfurt und GSI sind das Frankfurt Institute for Advanced Studies und die Universitäten Darmstadt, Gießen, Heidelberg und Mainz weitere Partner.
Das Beschleunigerzentrum FAIR, das an der GSI errichtet wird, ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung, an dem bereit jetzt 3000 Wissenschaftler aus über 40 Ländern an der Planung arbeiten. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. FAIR besteht im Endausbau aus acht Kreisbeschleunigern mit bis zu 1100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden als Vorbeschleuniger dienen. FAIR ermöglicht eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall erwarten.
]]>Im verkupferten Stahltank sind die 130 Beschleunigerelektroden (Driftröhren) der Wideröe-Struktur wie die Glieder einer Kette aufgereiht. Wenn die Ionen aus den durchbohrten Metallzylindern kommen, spüren sie bis zum Eintritt in den nächsten Zylinder das beschleunigende Hochspannungsfeld. Die Länge der einzelnen Driftröhren ist dabei so gewählt, dass die elektrischen Hochfrequenzfelder immer die richtige Polarität haben, wenn sich die Ionen zwischen den Elektroden befinden. So werden sie immer wieder durch die Felder ein Stück »angeschoben« und bis auf 5 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.
Lernen Sie mehr über die Beschleunigeranlage des GSI Helmholtzzentrums und woher die schweren Ionen kommen. Weiter...
]]>Erfahren Sie mehr und bewerben Sie sich jetzt!
Einsendeschluss für Bewerbungen und Empfehlungen ist der 31. Januar 2010!
]]>Die Vereinbarung sieht vor, die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten
im Rahmen des FAIR-Projekts abzustimmen und exzellente, international
anerkannte Wissenschaftler, unter anderem auf den Feldern der
Beschleunigerphysik und Biophysik gemeinsam zu berufen. Darüber hinaus
gewähren sich beide Partner gegenseitig Zugang zu ihren technischen
Anlagen und werden Programme zur Förderung wissenschaftlichen
Nachwuchses etablieren. Dazu gehören Promotionsförderungen ebenso wie
die gemeinsame Vergabe von Auszeichnungen und Forschungspreisen.
Der Kooperationsvertrag basiert auf einer Rahmenvereinbarung über die
strategische Zusammenarbeit beim Aufbau und der wissenschaftlichen
Nutzung von FAIR aus dem November 2008. Neben der TU Darmstadt und
dem GSI sind das Frankfurt Institute for Advanced Studies und die
Universitäten Frankfurt, Gießen, Heidelberg und Mainz weitere Partner.
Das Beschleunigerzentrum FAIR, das an der GSI errichtet wird, ist weltweit
eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische
Grundlagenforschung, an dem bereit jetzt 3000 Wissenschaftler aus über
40 Ländern an der Planung arbeiten. FAIR ist eine Beschleunigeranlage,
die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und
Qualität liefern wird. FAIR besteht im Endausbau aus acht
Kreisbeschleunigern mit bis zu 1100 Metern Umfang, zwei
Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren. Die
bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden als Vorbeschleuniger
dienen. FAIR ermöglicht eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten,
durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie
und die Entwicklung des Universums seit dem Urknall erwarten.
Dass die Wahrscheinlichkeit für Spätfolgen bei Bestrahlungen von Prostata-Tumoren gering ist, lässt uns vermuten, dass dies auch für andere Tumore der Fall ist. Ein weiteres überzeugendes Argument für die Ionenstrahltherapie, für die am GSI Helmholtzzentrum ein völlig neues Bestrahlungsverfahren entwickelt und eingesetzt wurde", sagt Professor Marco Durante, der Leiter der Abteilung Biophysik bei GSI.
"Wir haben in den Blutzellen der bestrahlten Patienten mit Prostata-Tumoren die Chromosomenschäden untersucht. Die Anzahl der Schäden nach einer Behandlung mit Ionenstrahlen lag dabei unter der nach einer konventionellen Bestrahlung. Chromosomenschäden geben uns Auskunft über die Wahrscheinlichkeit für Spätfolgen, wie zum Beispiel ein Auftreten von Sekundärtumoren", sagt Sylvia Ritter, die Projektleiterin aus der Abteilung Biophysik bei GSI.
Bei jeder Strahlentherapie wirkt ein Teil der Strahlung auch auf das gesunde Gewebe, das auf dem Weg zum Tumor mit dem Strahl durchquert werden muss. Während eine hohe schädigende Wirkung der Strahlung im Tumor gewollt ist, soll das umliegende gesunde Gewebe möglichst verschont bleiben. Eine Bestrahlung mit Ionenstrahlen bewirkt eine hohe Dosis im Tumor bei gleichzeitig wesentlich geringerer Dosis im umliegenden gesunden Gewebe als bei einer Bestrahlung mit Röntgenstrahlen.
Dass die Spätfolgen der Ionentherapie geringer sind als bei bereits etablierten Bestrahlungsverfahren, war zwar von den GSI-Experten bereits prognostiziert worden, konnte aber nun mit so genannten molekular-zytogenetischen Untersuchungen bestätigt werden. Eine einzige vergleichbare Studie zu Sekundärschäden nach Ionentherapie wurde 2000 in Japan durchgeführt, bei der ebenfalls eine geringe Wahrscheinlichkeit für Spätfolgen festgestellt wurde. In der Studie wurden Tumoren an Gebärmutter und Speiseröhre untersucht.
Die Wissenschaftler haben Blutproben von 20 Patienten untersucht, die sich einer Kombinationstherapie aus Ionen- und Röntgen-Strahlung oder einer alleinigen Röntgen-Bestrahlung der Prostata unterzogen hatten. Für ihre Untersuchungen verwendeten sie weiße Blutkörperchen, die als Bestandteil des menschlichen Blutes den gesamten Körper durchströmen. Sie eignen sich daher besonders gut, um Schäden an Chromosomen durch eine Strahlentherapie zu untersuchen und daraus die Wahrscheinlichkeit für Spätfolgen abzuschätzen.
Um den therapiebedingten Anstieg der Schäden nachzuweisen wurden den Patienten vor, während und nach der Therapie Blutproben entnommen und mit Blutproben von gesunden Menschen verglichen. Die Wissenschaftler verwendeten bei ihren Untersuchungen die mFISH-Methode (multicolour Fluorescent in situ Hybridisation), um die Chromosomen sichtbar zu machen. Chromosomen sind Strukturen im Zellkern einer jeden menschlichen Zelle, die das Erbgut enthalten. Das Erbmaterial wird bei mFISH unterschiedlich eingefärbt und in Form eines Karyogramms dargestellt. Durch die farbliche Kodierung lassen sich schnell und sicher Schäden durch die Bestrahlung nachweisen.
An der Arbeit waren Wissenschaftler beteiligt von GSI und der Radiologischen Klinik der Universität Heidelberg. Die Arbeit wurde gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter Vertrag Nr. 02S8203 und Nr. 02S8497.
Wissenschaftliche Veröffentlichung:
"Radiotherapy and Oncology":doi:10.1016/j.physletb.2003.10.071
Die am GSI entwickelte bahnbrechende Therapiemethode mit Ionenstrahlen wird bereits seit 1997 am GSI zur Behandlung von Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich, sowie seit 2006 auch an der Prostata eingesetzt. Sie ist ein sehr genaues, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, hochpräzise in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich. Sie werden so gesteuert, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt und millimetergenau bestrahlt werden können. Das Verfahren eignet sich vor allem für Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie z.B. dem Sehnerv, dem Hirnstamm, der Blase oder des Darms.
Aufgrund der guten Resultate des Therapieverfahrens wurde im November 2009 eine spezielle Anlage für Ionenstrahl-Therapie an der Radiologischen Klinik in Heidelberg in Betrieb genommen. Am Heidelberger Ionenstrahl Therapiezentrum (HIT) können pro Jahr ca. 1.300 Patienten behandelt werden. Zwei weitere Anlagen in Marburg und Kiel befinden sich im Bau.
Über das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
GSI ist ein mit jährlich 90 Millionen Euro vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft in Darmstadt. Das Ziel der Forschung bei GSI ist es ein immer umfassenderes Bild der uns umgebenden Natur zu entwerfen. Dazu betreiben die über 1.000 GSI-Mitarbeiter eine weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Über 1.000 Gast-Wissenschaftler aus aller Welt nutzen diese Beschleunigeranlage für Experimente in der Grundlagenforschung. Das Forschungsprogramm umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über Plasma- und Materialforschung bis hin zur Biophysik reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Um in den kommenden Jahren weiterhin Spitzenforschung zu betreiben, wird bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) errichtet. Dort wird eine große Vielfalt an Experimenten möglich sein, von denen Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Struktur der Materie und die Evolution des Universums erwarten.
]]>Seit Eröffnung im Herbst 2004 ist die Nachfrage nach dem Angebot riesig. Die Termine sind über Monate im Voraus ausgebucht und Wartezeiten von fast einem Jahr sind die Regel. Bis heute haben über 6.000 Schülerinnen aus über 300 Klassen sowie 20 Lehrergruppen an einem Experimentiertag teilgenommen. Bei Lehrern und Schülern findet das Schülerlabor gleichermaßen große Zustimmung. So haben zahlreiche Schulen den Besuch im GSI-Schülerlabor bereits fest in den Stundenplan integriert.
Mit der Erweiterung trägt das GSI der großen Nachfrage Rechnung. Ab dem kommenden Schulhalbjahr ist das Labor während der hessischen Schulzeiten dreimal in der Woche, immer montags, dienstags und donnerstags geöffnet. Für die Betreuung der Schulklassen stehen insgesamt vier Lehrkräfte in Teilzeit zur Verfügung, die weiterhin in Schulen unterrichten. Mit jeweils einem Fünftel ihres Lehrdeputats sind Kai Zimmer vom Schuldorf Bergstraße in Seeheim-Jugenheim sowie Dietrich Voigt von der Claus-von-Stauffenbergschule in Rodgau neu hinzugekommen. Wie bereits in den vergangenen Jahren betreuen Dr. Axel Gruppe vom Lessing-Gymnasium in Frankfurt und Torsten Gürges von der Heinrich-Heine-Schule in Sprendlingen das Labor weiterhin an zwei Tagen pro Woche.
Das GSI-Schülerlabor hat zum Ziel nachhaltig das Interesse von Schülerinnen und Schülern der Klassen 9 bis 13 an Naturwissenschaften zu fördern.Durch selbständiges Experimentieren sollen die Teilnehmer einen Einblick in naturwissenschaftliches Denken und Arbeiten erhalten. Ausgehend von dem Lehrplan für Physik können die Teilnehmer an neun Experimenten die Bausteine der Materie sowie die Phänomene der Radioaktivität untersuchen. Mit modernsten Mess- und Analyseverfahren erforschen sie den Aufbau und die Eigenschaften von Atomen, Atomkernen sowie deren elementaren Bausteinen, den Quarks.
Weitere Informationen finden Sie unter: Schülerlabor
Die Vergabe der neuen Termine erfolgt ab sofort. Für Terminanfragen können sie sich mit der Leiterin des Schülerlabors Jutta Leroudier per E-Mail an schuelerlabor(at)gsi.de in Verbindung setzen. Bitte beachten sie, dass es aufgrund der großen Nachfrage zu längeren Bearbeitungszeiten ihrer Anfrage kommen kann.
]]>Neben aktuellen Ereignissen bei GSI und FAIR werfen wir in dieser Ausgabe auch einen Blick auf die Gründerjahre des Zentrums, damals noch Gesellschaft für Schwerionenforschung. "Ein Forschungslabor für alle" gibt Ihnen einen kurzen Einblick in die Anfangsjahre des GSI-Helmholtzzentrums, das seit dem 17. Dezember 1969 Physik-Geschichte schreibt.Abonnement & Download
Für unsere Mitarbeiter liegt "target" bereits im GSI-Helmholtzzentrum in Bibliothek, Gästehaus und Geschäftsführungsetage aus oder fragen Sie Ihre Teamassistentin danach.
Mit besten Grüßen, Ihr "target"-Team
]]>Elsässer erhielt den Preis für seine Arbeiten zur Modellierung der Strahlenschäden bei der Schwerionen-Tumortherapie. Der Behnken-Berger-Preis wurde damit schon zum zweiten mal in Folge an einen GSI-Nachwuchsforscher überreicht. Im letzten Jahr erhielt Dr. Christoph Bert den Preis für seine hervorragenden Leistungen in der Weiterentwicklung der GSI-Tumortherapie im Bereich der bewegten Zielvolumina. Der Preis wird jährlich von der Behnken-Berger-Stiftung an Nachwuchswissenschaftler verliehen. Das Preisgeld für den 1. Preis, den Elsässer erhalten hat, beträgt 10.000 Euro. Die Behnken-Berger-Stiftung geht zurück auf den deutschen Physiker Hermann Behnken (1889-1945) und seine Ehefrau Traute Behnken-Berger. Stiftungszweck ist die Förderung von Wissenschaft und Forschung auf dem Gebiet des Strahlenschutzes mit dem besonderen Schwerpunkt auf der Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses.
Zur Verwirklichung des Stiftungszweckes werden jährlich Behnken-Berger-Preise an zwei junge Nachwuchswissenschaftler(innen) verliehen, die nach Einschätzung des Kuratoriums hervorragende Leistungen erbracht haben.
]]>Bitte haben Sie dafür Verständnis, dass aufgrund der limitierten Auflage pro Anfrage nur maximal 3 Kalender (solange der Vorrat reicht) versendet werden können.
Für unsere Mitarbeiter liegt der Kalender bereits im GSI Helmholtzzentrum in Bibliothek, Gästehaus und Geschäftsführungsetage aus. Weitere Exemplare können gerne im Lager abgeholt werden.
Mit besten Grüßen,
die Abteilung für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
GSI-Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
Am Bau und wissenschaftlichen Programm von ALICE (A Large Ion Collider Experiment) war und ist GSI zusammen mit den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Heidelberg und Münster von Anfang an federführend beteiligt. Außerdem wurde unter Mitarbeit des GSI Helmholtzzentrums das World-Wide-Grid, eine Weiterentwicklung des World-Wide-Web, aufgebaut, um die enormen Datenmengen, die an den LHC-Experimenten entstehen, zu bewältigen. Bei der Inbetriebnahme des Beschleunigers waren ebenfalls GSI-Mitarbeiter unmittelbar beteiligt.
Aktuelle Informationen rund um das ALICE-Experiment finden Sie direkt bei CERN unter: https://aliceinfo.cern.ch/Public/en/Chapter1/news.html
]]>Vor der Besichtigung klärte GSI-Physiker Prof. Dr. Peter Braun-Munzinger vom GSI-Zentrum in seinem Vortrag "Der Urknall im Labor" spannenden Fragen wie sie am GSI-Beschleuniger untersucht werden: Gibt es in Atomkernen einen Phasenübergang von "normaler" Kernmaterie zu einem plasmaähnlichen Zustand oberhalb einer bestimmten Temperatur? Wenn ja, wie kann ein Experimentator von außen in dieses System eingreifen? Prof. Dr. Dieter Hoffmann gab eine Einführung in die GSI-Beschleunigeranlagen.
Die Veranstaltungsreihe "Saturday Morning Physics" ist ein Projekt der Physikalischen Fakultät der TU Darmstadt. Sie findet jährlich statt und hat zum Ziel, das Interesse junger Menschen an Physik zu stärken. In Vorträgen und Experimenten an aufeinanderfolgenden Samstagen erfahren die Schüler Aktuelles aus der physikalischen Forschung an der Universität. Der Besuch am GSI ist die einzige Exkursion, die innerhalb der Reihe stattfindet.
Neben Lufthansa Systems, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Springer-Verlag, gehört auch das GSI Helmholtzzentrum bereits seit dem Start der Veranstaltungsreihe zu den zahlreichen Sponsoren und Unterstützern dieses Projektes.
Zur Website von Saturday Morning Physcs: www.satmorphy.de
]]>In Zukunft können jährlich 1.300 Patienten am HIT behandelt werden. Am GSI Therapieplatz wurden seit 1997 bisher rund 440 Patienten mit Tumoren vorwiegend an der Schädelbasis mit Kohlenstoff-Ionenstrahlen behandelt. In klinischen Studien wurde der Erfolg der Therapie mit Heilungsraten von bis zu 90 Prozent belegt. Sie ist inzwischen als Heilverfahren anerkannt und wird von den Krankenkassen erstattet.
Herzstück von HIT ist eine für die Therapie maßgeschneiderte Beschleunigeranlage, die für einen medizinischen Routinebetrieb geeignet ist. Sie ist wesentlich kleiner als die mehrere hundert Meter große GSI Beschleunigeranlage, die bislang für die Therapie benutzt wurde, und an der hauptsächlich Schwerionenexperimente für die Grundlagenforschung in der Kern- und Atomphysik durchgeführt werden. Vor der ersten Behandlung bei GSI betrieben Wissenschaftler jahrzehntelange Grundlagenforschung über die strahlenbiologische Wirkung von Ionen auf Zellen und entwickelten eine Bestrahlungstechnik, um den Ionenstrahl präzise und sicher in den Tumor zu lenken.
"Seit den 1970er Jahren haben wir die Wirkung von Ionenstrahlen an mehr als 100.000 Zellproben systematisch untersucht, immer mit dem Ziel einer optimierten Ionentherapie. 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" sagt Gerhard Kraft, Initiator und Wegbereiter für die Therapie mit Ionenstrahlen und Helmholtz-Professor im Bereich Biophysik bei GSI.
"Mit der Eröffnung des HIT geht eine Vision in Erfüllung, die die Wissenschaftler um Professor Kraft vor fast 40 Jahren hatten: Menschen mit unheilbaren Tumoren im Routinebetrieb mit Ionenstrahlen zu behandeln. Die Therapie bietet höhere Heilungschancen, kürzere Behandlungsdauer und weniger Nebenwirkungen. Sie ist ein großartiges Beispiel für gelungenen Technologiertransfer aus der Grundlagenforschung zum Wohle der Menschheit", sagt Horst Stöcker, wissenschaftlicher Geschäftsführer des GSI Helmholtzzentrums und Vizepräsident der Helmholtz-Gemeinschaft.
HIT besteht aus einer Beschleunigeranlage mit einem 5 Meter langen Linearbeschleuniger und einem Ringbeschleuniger von 20 Metern Durchmesser. Daran schließen sich drei Behandlungsplätze an. Zwei Behandlungsplätze sind direkte Weiterentwicklungen der bei GSI verwendeten Technik. Ein dritter Behandlungsplatz besitzt ein drehbares Strahlführungssystem für Ionenstrahlen, eine so genannte Gantry, welche aus einem bei GSI entwickelten Prototypen hervorgegangen ist. Diese erlaubt es, den Ionenstrahl aus jeder beliebigen Richtung auf den Tumor eines Patienten zu lenken, was die Behandlungsmöglichkeiten erheblich erweitert.
Für die Behandlung am HIT werden Ionen, das heißt positiv geladene Kohlenstoff- oder Wasserstoffatome, verwendet. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, dort wo sie in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich stecken bleiben. Damit sie das Tumorgewebe erreichen, werden sie in Beschleunigeranlagen auf sehr hohe Geschwindigkeiten von bis zu 75 Prozent der Lichtgeschwindigkeit gebracht. Das entspricht fast 1 Milliarde Kilometer pro Stunde. Die Ionenstrahlen können so gesteuert werden, dass Tumore bis zur Größe eines Tennisballs millimetergenau Punkt für Punkt bestrahlt werden können. Das umliegende gesunde Gewebe wird weitgehend geschont. Damit eignet sich die Methode vor allem für tiefliegende Tumore in der Nähe von Risikoorganen wie z.B. dem Sehnerv oder dem Hirnstamm. Projektpartner der Therapie mit Ionenstrahlen sind das Universitätsklinikum und das Deutsche Krebsforschungszentrum in Heidelberg, das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung.
Am GSI Helmholtzzentrum wurden ab 1980 grundlegende Studien auf den Gebieten der Strahlenbiologie, Kernphysik und Beschleunigertechnik für die Therapie durchgeführt. Im Jahr 1993 begann der Bau des Therapieplatzes bei GSI in Darmstadt. In Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Heidelberg, dem Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg und dem Forschungszentrum Dresden-Rossendorf wurden seit 1997 etwa 440 Patienten erfolgreich behandelt. Parallel dazu wurde die dedizierte Klinikanlage HIT für den Routinebetrieb in Heidelberg geplant. HIT ist ein direkter Technologietransfer aus dem GSI-Pilotprojekt.
Die weltweit einzigartigen Innovationen des GSI-Pilotprojektes sind
GSI ist ein mit jährlich 90 Millionen Euro vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Helmholtz-Gemeinschaft in Darmstadt. Das Ziel der Forschung bei GSI ist es ein immer umfassenderes Bild der uns umgebenden Natur zu entwerfen. Dazu betreiben die über 1.000 GSI-Mitarbeiter eine weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Über 1.000 Gast-Wissenschaftler aus aller Welt nutzen diese Beschleunigeranlage für Experimente in der Grundlagenforschung. Das Forschungsprogramm umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über Plasma- und Materialforschung bis hin zur Biophysik reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Um in den kommenden Jahren weiterhin Spitzenforschung zu betreiben, wird bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) errichtet. Dort wird eine große Vielfalt an Experimenten möglich sein, von denen Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Struktur der Materie und die Evolution des Universums erwarten.
]]>Vorrausetzung für das Erreichen so hoher Intensitäten sind die Entwicklung und der Einbau innovativer Beschleunigerkomponenten, der Einsatz neuartiger Materialien, sowie ein besonderer Anschluss ans Stromnetz, der 2006 in Betrieb genommen wurde. Im jüngsten Experiment ist es Wissenschaftlern des GSI gelungen Uran-Atome, denen 27 Elektronen aus der Hülle entfernt wurden, in Paketen von je zehn Milliarden Teilchen auf mehr als halbe Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen.
Die Erhöhung der Intensität stellt die Grundlage für viele Forschungsprogramme dar. So werden immer empfindlichere Experimente ermöglicht, immer schwerer zugängliche Phänomene aufgespürt. Forscher aus aller Welt erwarten dadurch neue Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums. Aktuell nutzen die Wissenschaftler die neuen Ionenstrahlen bereits für Untersuchungen über die Entstehung der chemischen Elemente in Sternen.
Die nun erreichten Strahleigenschaften der GSI-Beschleuniger sind ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur Realisierung der geplanten Beschleunigeranlage FAIR. Damit dort die bestehende GSI-Anlage als Vorbeschleuniger eingesetzt werden kann, wird durch die nächsten Ausbaustufen in den kommenden drei Jahren eine weitere Steigerung der Intensität um den Faktor Zehn erfolgen.
]]>In der neuen Halle werden verschiedene Teststände für FAIR aufgebaut, daher der Name "Testing-Halle". Vorgesehen sind zum Beispiel Teststände für Hochfrequenz-Komponenten, mit denen Ionen in der Beschleunigeranlage beschleunigt werden. Auch spezielle Elektro-Magnete werden in eigenen Testständen Funktionsprüfungen unterzogen. Diese Magnete funktionieren wie Weichen, mit denen die Ionenstrahlen in die Beschleunigerringe von FAIR eingespeist und nach der Beschleunigung wieder ausgelenkt werden.
Die Testing-Halle bietet darüber hinaus Platz für die Vor- und Endmontage von Vakuumkomponenten für die Beschleunigeranlagen. Weil die Teilchen sich während des gesamten Beschleunigungsvorgangs im Vakuum befinden, spielt Vakuumtechnik eine zentrale Rolle.
Außerdem werden in dem Gebäude modernste Hochtechnologie-Labors für die Entwicklung und den Bau von Detektoren eingerichtet. Detektoren heißen die Messgeräte, mit denen die Teilchenreaktionen an der Beschleunigeranlage untersucht werden. In Reinräumen werden für FAIR verschiedene hochempfindliche Detektortypen entwickelt: Gasdetektoren, Halbleiterdetektoren und Diamantdetektoren. Darüber hinaus werden hier neuartige Mikro-Chips entwickelt und erprobt, um die enormen Datenmengen, die an den FAIR-Experimenten zu erwarten sind, in extrem kurzer Zeit aus den Messgeräten auszulesen und weiterzuverarbeiten.
]]>"Die neuen Buslinien werden unseren Gästen, Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern den gut eineinhalb Kilometer langen Fußweg zur nächsten Haltestelle ersparen. Wir rechnen damit, dass nun viele auf die Anfahrt mit dem eigenen PKW verzichten und auf Busse und Bahnen umsteigen", sagt Horst Stöcker, Wissenschaftlicher Geschäftsführer des GSI Helmholtzzentrums. Mit dem nun gestarteten 14-monatigen Probebetrieb mit der HEAG Mobibus GmbH soll auch ermittelt werden, wie hoch das tatsächliche Fahrgastaufkommen ist. In Zukunft ist geplant, die beiden Linien in das öffentliche Nahverkehrsnetz zu integrieren.
Die Fahrpläne finden Sie im Internet unter: Anreise mit Bus & Bahn
]]>"Wir wollen erstmalig systematisch den Einfluss der Energie der Ionenstrahlen auf deren Wirkung auf Mikroelektronik untersuchen. Die GSI-Beschleunigeranlage bietet dazu optimale Voraussetzungen. Hier können wir hochenergetische Ionen, von den leichtesten bis zu den schwersten Elementen, erzeugen. Damit decken wir das gesamte Spektrum an Ionenstrahlung ab, wie es im Universum permanent auftritt", sagt Stefan Metzger, der Projektleiter vom Fraunhofer-Institut. Neben der fachlichen Expertise unterstützt das INT das Projekt mit spezieller Mess-Infrastruktur, mit der sich Strahlenschäden in elektronischen Bauteilen feststellen lassen.
In einem ersten Experiment haben Wissenschaftler einen von der ESA bereit gestellten Mikrochip mit Gold-Ionen bestrahlt. Die Analyse bestätigte die Vermutung, dass die Störanfälligkeit des Chips stark von der Energie der Ionen abhängt. Für eine genaue Untersuchung sind in den nächsten Jahren weitere systematische Bestrahlungen verschiedener Bauteile unter dem Einfluss unterschiedlicher Ionen und Energien vorgesehen.
"Ionenstrahlen machen einen Großteil der kosmischen Strahlung aus und haben die größte Wirkung auf die Mikroelektronik. Eine genaue Kenntnis ihrer Wirkung ist die Grundvoraussetzung, um in Zukunft gezielt Elektronik für Raumfahrt optimieren zu können", sagt Marco Durante, Leiter der Abteilung Biophysik am GSI und Kooperationspartner von Stefan Metzger. Bereits ein einzelnes Ion kann in mikroelektronischen Bauteilen Schäden verursachen. Durch die hohe elektrische Ladung und die Energie des Ions können in den Halbleitermaterialen des Mikrochips freie Ladungsträger erzeugt werden. Die unerwünschten Ladungsträger können zu kleinen elektrischen Stromflüssen führen, die Funktionsfehler oder einen Ausfall des Chips verursachen können.
In der Raumfahrttechnik wird die Elektronik derzeit durch Abschirmungen geschützt. Für manche Bauteile wird darüber hinaus Ersatzelektronik mitgeführt. Durch genauere Kenntnis des Einflusses kosmischer Strahlung auf die Funktionsfähigkeit von Mikroelektronik könnte dies vermieden oder zumindest reduziert werden. Dadurch ließe sich Platz und Gewicht sparen und die Lebensdauer der Elektronik erhöhen, alles maßgebende Faktoren in der Raumfahrt.
]]>Professor Dr. Dr. h. c. Horst Stöcker, Jahrgang 1952, studierte Physik, Chemie, Mathematik und Philosophie an der Goethe-Universität in Frankfurt am Main und wurde dort 1979 promoviert. Nach mehrjährigen Forschungsaufenthalten am GSI und an der University of California in Berkeley, USA, wurde Stöcker 1982 zum Professor für Theoretische Physik an das National Superconducting Cyclotron Laboratory sowie an die Michigan State University, USA, berufen. 1985 folgte er einem Ruf an die Goethe-Universität Frankfurt. Dort hat er die Judah M. Eisenberg - Stiftungsprofessur inne. Von 2000-2003 und 2006-2007 war er Vizepräsident der Goethe-Universität Frankfurt. Seit 1999 ist Horst Stöcker Senior Fellow am Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS). Seit 2007 ist er wissenschaftlicher Geschäftsführer des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt.
]]>"Nach der offiziellen Anerkennung unserer Entdeckung durch die IUPAC haben wir, das heißt alle beteiligten Wissenschaftler, uns auf den Namensvorschlag "Copernicium" für Element 112 geeinigt. Damit möchten wir einen herausragenden Wissenschaftler ehren, der unser Weltbild nachhaltig geprägt hat", sagt Sigurd Hofmann, der Leiter des Entdeckerteams.
Kopernikus wurde 1473 in Thorn (Torun) in Polen geboren und starb 1543 in Frauenburg (Frombork). Durch seine astronomischen Arbeiten erkannte er, dass die Planeten um die Sonne kreisen. Damit widerlegte er die bis dahin geltende Meinung, dass die Erde der Mittelpunkt der Welt sei. Diese Erkenntnis war wegbereitend für die Entdeckung der Gravitationskraft, die für die Bewegungen der Planeten verantwortlich ist. Eine weitere Schlussfolgerung war, dass die Sterne unvorstellbar weit entfernt sind und das Universum entsprechend groß ist, da sich ihre Größe und Position am Himmel trotz der Bewegung der Erde nicht verändern. Das neue Weltbild hatte außerdem grundlegende Auswirkungen auf das Selbstverständnis des Menschen in der Theologie und Philosophie, da der Mensch sich nun nicht mehr länger als Mittelpunkt der Welt wahrnehmen konnte.
Das Sonnensystem, in dem die Planeten auf verschiedenen Bahnen um die Sonne im Mittelpunkt kreisen, ist beispielhaft für andere physikalische Systeme. Im Mikrokosmos ist der Aufbau des Atoms vergleichbar, bei dem Elektronen um den Atomkern kreisen, ähnlich wie Planeten um die Sonne. In einem Atom des neuen Elements "Copernicium" kreisen genau 112 Elektronen um den Atomkern.
Das Element 112 ist das schwerste Element im Periodensystem und 277-mal schwerer als Wasserstoff. Es entsteht durch Kernfusion beim Beschuss einer Blei-Folie mit Zink-Ionen. Bereits nach Sekundenbruchteilen zerfällt es wieder und kann nur mit schnellen und empfindlichen Analyseverfahren nachgewiesen werden. An den GSI-Experimenten, die zur Entdeckung von Element 112 führten, waren 21 Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland, Russland und der Slowakei beteiligt.
Insgesamt gelang es Wissenschaftlern am Beschleuniger des GSI Helmholtzzentrums seit dem Jahr 1981 sechs chemische Elemente mit den Ordnungszahlen 107 bis 112 zu entdecken. Die Entdecker am GSI durften davon bereits fünf Elementen einen Namen geben: Bohrium für Element 107, Hassium für Element 108, Meitnerium für Element 109, Darmstadtium für Element 110 und Roentgenium für Element 111.
Bitte beachten Sie auch unsere vorhergehende Pressemitteilung über die offizielle Anerkennung des Elements 112 unter: Ein neues chemisches Element im Periodensystem
]]>"Wir freuen uns sehr, dass nun auch das sechste und somit alle bei uns in den letzten knapp 30 Jahren entdeckten Elemente offiziell anerkannt sind. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Entdeckerteams werden sich in den nächsten Wochen zusammensetzen und einen Namen für das neue Element vorschlagen", sagt Sigurd Hofmann. An den Experimenten, die zur Entdeckung von Element 112 führten, waren 21 Wissenschaftler aus Deutschland, Finnland, Russland und der Slowakei beteiligt.
Bereits im Jahr 1996 hat das internationale Forscherteam um Professor Sigurd Hofmann am Beschleuniger des GSI Helmholtzzentrums erstmals ein Atom des Elements 112 erzeugt. Ein zweites Atom konnten sie im Jahr 2000 nachweisen. In nachfolgenden Experimenten im Beschleunigerlabor RIKEN in Japan konnten seitdem weitere Atome des Elements 112 nachgewiesen werden, welche die GSI Entdeckung zweifelsfrei bestätigten.
Zur Erzeugung des Elements 112 schießen die Wissenschaftler elektrisch geladene Zink-Atome, kurz Zink-Ionen, mit dem 120 Meter langen GSI-Teilchenbeschleuniger auf eine Folie aus Blei. Durch Kernfusion verschmelzen die beiden Atomkerne der Elemente Zink und Blei zu einem Atomkern des neuen Elements. Es besitzt die so genannte Ordnungszahl 112, daher der vorläufige Name "Element 112". Sie ergibt sich aus der Summe der Ordnungszahlen der beiden Ausgangselemente: Zink hat die Ordnungszahl 30, Blei die Ordnungszahl 82. Die Ordnungszahl steht für die Anzahl der Protonen, die sich im Atomkern befinden. Neben den Protonen befinden sich im Atomkern noch Neutronen, die für die Einordnung des Elementes allerdings keine Rolle spielen. Umkreist wird der Atomkern von 112 Elektronen, welche die chemischen Eigenschaften des neuen Elements bestimmen.
Insgesamt gelang es Wissenschaftlern in Experimenten am Beschleuniger des GSI Helmholtzzentrums seit dem Jahr 1981 sechs chemische Elemente mit den Ordnungszahlen 107 bis 112 zu entdecken. Den bislang offiziell anerkannten Elementen 107 bis 111 hat die GSI bereits Namen gegeben: Bohrium für Element 107, Hassium für Element 108, Meitnerium für Element 109, Darmstadtium für Element 110 und Roentgenium für Element 111.
]]>Der Aufbau der neuen Experimentanlagen war eine strategische Entscheidung der Helmholtz-Gemeinschaft, die Materialforschung mit Ionenstrahlen am GSI zusammenzuführen. Die Materialforschung am Ionenstrahllabor des Helmholtz-Zentrums Berlin wurde im Zuge dieser Entscheidung eingestellt. Etliche Komponenten wurden von dort zu GSI verlagert. An den neuen Experiment-Aufbauten werden in Zukunft gemeinsame Kompetenzen gebündelt und effizient genutzt. Die Helmholtz-Gemeinschaft hat die Zusammenführung der Materialforschung mit Ionenstrahlen am GSI mit etwa 700.000 Euro gefördert. Zusätzlich haben die Universitätsgruppen, die künftig am GSI forschen werden, neue Komponenten entwickelt und aufgebaut.
Wissenschaftler werden an den neuen Messplätzen die Wirkung von Ionenstrahlen auf verschiedene Materialien untersuchen. Dies ist zum Beispiel wichtig, um herauszufinden, welche Materialien für Satellitentechnik und Raumfahrt geeignet sind. Beim Einsatz im All sind die Materialien ununterbrochen der kosmischen Strahlung ausgesetzt. Ihre Funktionsfähigkeit darf dadurch nicht beeinträchtigt werden. Dies ist auch für Materialien von großer Bedeutung, die für die zukünftige Beschleunigeranlage FAIR bei GSI eingesetzt werden sollen. Auch dort sind bestimmte Bauteile einer Bestrahlung mit Ionen ausgesetzt.
Die Herstellung von Nanostrukturen ist ein weiteres Forschungsfeld in der Materialforschung. Mit Ionenstrahlen können zum Beispiel extrem dünne und lange Kanäle, mit einem Durchmesser von etwa zehn Nanometern und einer Länge von bis zu 100 Mikrometern hergestellt werden. Wissenschaftler wollen die Eigenschaften und mögliche Anwendungsgebiete dieser und anderer Nanostrukturen untersuchen.
Forschergruppen aus etwa zehn Ländern, darunter zehn deutsche Universitäten, haben knapp 50 Anträge für Experimente an den neuen Messaufbauten gestellt. Sie werden von einem internationalen Gutachtergremium am 12. und 13. März begutachtet.
]]>Der 5555ste Teilnehmer wurde aus den zwanzig Schülern des Oberstufenkurses durch ein Quiz ermittelt. Die Schüler mussten die folgende Frage beantworten: Wie lange dauert es, um am Beschleuniger des GSI ein Gramm Gold herzustellen? Die richtige Antwort lautet knapp 50 Millionen Jahre. Felix Brech wurde aus sieben Schülern mit der richtigen Antwort ausgelost.
Im GSI-Schülerlabor haben Schulklassen aus ganz Deutschland die Möglichkeit, einen Tag lang zu den Themen Radioaktivität und Strahlung an neun aufeinander abgestimmten Versuchen zu experimentieren. Das Angebot ist eine praxisbezogene Ergänzung des Unterrichts, da solche Experimente an Schulen nicht möglich sind. "Wir freuen uns, dass wir die Möglichkeit haben, mit unseren Schülern an diesem qualitativ wirklich hoch stehenden Schülerpraktikum teilnehmen zu können. Es ist für unsere Gruppe eine ausgezeichnete Ergänzung unseres Unterrichts", sagte der Kursleiter Hannes Friedemann.
Die Resonanz auf das Angebot ist groß. Im vergangenen Jahr nutzten 1450 Schüler und Lehrer das Angebot des Schülerlabors und sorgten für eine Auslastung von 100 Prozent. Das Schülerlabor hat während der hessischen Schulzeiten zweimal in der Woche immer dienstags und donnerstags geöffnet. Bis zu den Sommerferien ist das Labor bereits ausgebucht. Vereinzelte Voranmeldungen reichen bereits bis zum Februar 2010. Eröffnet wurde das Schülerlabor im Schuljahr 2004/05.
]]>Die DNA, die das gesamte menschliche Erbgut enthält, ist in mehreren so genannten Chromosomen zusammengefasst. Die GSI-Wissenschaftler haben nun beobachtet, dass Proteine, die für die Reparatur verantwortlich sind, zur Schadensstelle hinwandern. Größere Bewegungen der Chromosomen sind für die Reparatur daher nicht nötig. Deshalb ist die Wahrscheinlichkeit am größten, dass es bei Reparaturfehlern zu einem Austausch von DNA-Bruchstücken zwischen benachbarten Chromosomen kommt. Dies führt zu einer Veränderung der Chromosomen - eine häufige Ursache für die Entstehung von Krebs.
Ionenstrahlen, die DNA-Schäden verursachen, schädigen diese in einem räumlich begrenzten Bereich. Daher können die Wissenschaftler anschließend die Reparaturvorgänge in der Zelle an dieser Stelle genau beobachten. Andere Strahlungsarten, wie zum Beispiel Röntgenstrahlung, erzeugen Schäden, die über die gesamte Zelle verteilt sind. Dadurch wird es für die Wissenschaftler im Einzelnen schwieriger nachzuvollziehen, wie der Reparaturvorgang an einem Schadenspunkt vor sich geht.
Die GSI-Wissenschaftler benutzen für ihre Beobachtungen einen neu entwickelten Messplatz am Beschleuniger des GSI. Dort können sie kultivierte lebende menschliche Zellen mit Ionen bestrahlen. Mit speziellen Mikroskopen beobachten sie die Reparaturvorgänge in den geschädigten Zellen unmittelbar nach der Bestrahlung mehrere Stunden lang. Dazu werden die Proteine, die für die Reparatur verantwortlich sind, so mit speziellen fluoreszierenden Farbstoffen versehen, dass sie im Mikroskop sichtbar sind.
Die Ergebnisse sind im Fachjournal "Proceedings of the National Academy of Sciences USA" publiziert. B. Jakob, J. Splinter, M. Durante and G. Taucher-Scholz, Live cell microscopy analysis of radiation-induced DNA double-strand break motion. Proc. Natl. Acad. Sci. USA (2009)
]]>"Mit FAIR entsteht in einer internationalen Kollaboration weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. Umso entscheidender ist es für das Land Hessen, eine international führende Rolle hessischer Universitäten und hessischer Forschungseinrichtungen an dieser Einrichtung zu sichern und international anerkannte Exzellenz in der physikalischen Grundlagenforschung dauerhaft in Hessen zu etablieren“, sagte Staatsministerin Lautenschläger. Die Vereinbarungen zwischen GSI, FIAS und den Universitäten Darmstadt und Frankfurt seien dazu ein wichtiger Schritt. Sie erinnerte daran, dass das Land dieses Projekt im Rahmen seines Forschungsförderungsprogramms LOEWE mit rund 15 Millionen Euro unterstütze.
"Ich begrüße es, dass mit der Förderung im Rahmen der Helmholtz-Allianz „Kosmische Materie im Labor“ die Zusammenarbeit zwischen den Universitäten Darmstadt und Frankfurt, dem FIAS und der GSI vertieft und ausgeweitet wird. Es ist ein besonderes Anliegen des Bundesforschungsministeriums, Nachwuchswissenschaftlern und wissenschaftlerinnen die Durchführung von Forschungsarbeiten an exzellenten Forschungsinfrastrukturen zu ermöglichen", sagte Andreas Storm.
Der von GSI und FIAS unterzeichnete Vertrag ist das erste bilaterale Abkommen auf der Basis des Ende 2008 unterzeichneten Rahmenvertrags zwischen den beiden Institutionen sowie den Universitäten Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg und Mainz. Am FIAS werden sieben leitende Wissenschaftler in die Entwicklungs- und Forschungsprojekte für FAIR eingebunden sowie zwei zusätzliche Professuren eingerichtet. Daneben werden fünf Nachwuchsforschergruppen für etwa 20 jüngere Wissenschaftler neu geschaffen. Doktoranden, die für FAIR arbeiten, werden über die Helmholtz Graduiertenschule (HGS-HiRe) koordiniert, die vom FIAS geleitet wird.
Die Zusammenarbeit wird in drei übergeordnete Förderprogramme eingebettet: Das Helmholtz-International Center (HIC) for FAIR, gefördert durch das hessische Förderprogramm Loewe, die Helmholtz-Allianz "Kosmische Materie im Labor" mit dem Extreme Matter Institute (EMMI) und die Helmholtz-Graduiertenschule (HGS-HiRe), beide gefördert aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft. Zur Helmholtz-Gemeinschaft gehören 15 Forschungszentren, die jeweils zu 90 Prozent vom Bund und zu 10 Prozent vom jeweiligen Bundesland gefördert werden.
Das Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research), das an der GSI errichtet wird, ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. FAIR besteht im Endausbau aus acht Kreisbeschleunigern mit bis zu 1100 Metern Umfang, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden dabei als Vorbeschleuniger dienen. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute erwarten.
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In den seit November laufenden Tests bei GSI hat der Magnet die entscheidenden Anforderungen für den Einsatz in einem Kreisbeschleuniger von FAIR erfüllt. Wichtigste Anforderung ist, dass der Magnet sich besonders schnell regeln lässt. In nur einer Sekunde kann er von Null auf die maximale Feldstärke von 2 Tesla gleichmäßig hoch und wieder herunter gefahren werden. Die Feldstärke von 2 Tesla ist fast hunderttausend Mal stärker als die Feldstärke des Erdmagnetfelds, in dem sich eine Kompassnadel bewegt.
Außerdem konnten die unvermeidbaren Wechselstrom- und Wärmeverluste minimiert werden. Dies ist besonders wichtig, da der Magnet supraleitend ist und mit flüssigem Helium auf minus 269 Grad Celsius gekühlt wird. Das sind vier Grad über dem absoluten Nullpunkt. Zu hohe Verluste würden die Temperatur erhöhen und die Supraleitung zunichte machen.
In zukünftigen Tests muss nun weiter überprüft werden, ob der Magnet Langzeitbelastungen standhält. Die Magnete werden bei ihrem Einsatz im FAIR-Beschleuniger jahrzehntelang fast ohne Unterbrechung rund um die Uhr betrieben. Aufbauend auf den Testergebnissen soll für die weitere Entwicklung ein zweiter verbesserter Prototyp gebaut werden. Daran soll die Produktion einer Vorserie anschließen.
Das Magnet-Design wurde in den letzten vier Jahren von GSI in Zusammenarbeit mit dem JINR (Joint Institute for Nuclear Research) in Dubna / Russland entwickelt. Gefertigt wurde er von der Firma Babcock Noell in Würzburg. Im August wurde der Magnet zu GSI geliefert. Diese Art von Magneten wird innerhalb der FAIR-Anlage am größten Kreisbeschleuniger eingesetzt werden, der einen Umfang von 1100 Metern besitzt.
FAIR steht für "Facility for Antiproton and Ion Research". Es ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. Die FAIR-Anlage wird aus acht Kreisbeschleunigern, von denen die beiden größten einen Umfang von 1100 Metern besitzen, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren bestehen. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden dabei als Vorbeschleuniger dienen. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, erwarten.
]]>Fine Fiedler hat in ihrer Doktorarbeit gezeigt, dass für Helium-Ionen die Lage des Strahls im Patienten mit der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) präzise überwacht und kontrolliert werden kann. Damit hat sie die Möglichkeit eröffnet, die Tumortherapie auch mit Helium-Ionen durchzuführen. Bislang wird die Therapie bei GSI mit Kohlenstoff-Ionen durchgeführt, andere Verfahren weltweit benutzen Strahlen aus Protonen. Das PET-Verfahren leistet einen wesentlichen Beitrag zur Patientensicherheit.
Gabriele Kragl beschäftigte sich in ihrer Diplomarbeit mit der Verbesserung der Bestrahlungsplanung für die Therapie mit Ionenstrahlen. Dabei untersuchte sie den Einfluss von unterschiedlichen Gewebedichten auf die Wirkung des Kohlenstoff-Strahls. Die Bestrahlungsplanung ist ein wichtiges Instrument der Qualitätssicherung der Ionenstrahltherapie.
An der Beschleunigeranlage des GSI Helmholtzzentrums wurden seit 1997 über 400 Patienten mit Tumoren beispielsweise im Gehirn mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten liegen bei über 90 Prozent. Die Nebenwirkungen sind sehr gering. Die Therapie steht heute an der Schwelle zu einer breiten klinischen Anwendung. Ab 2009 werden am Universitätsklinikum Heidelberg Patienten mit der am GSI Helmholtzzentrum entwickelten Methode behandelt. Weitere Anlagen, etwa am Universitätsklinikum Gießen-Marburg, befinden sich im Bau.
]]>Gerhard Kraft wird damit für seine langjährige Zusammenarbeit mit der Universität Gießen und seine Verdienste um die Tumortherapie mit Ionenstrahlen geehrt. Seit der ersten Tumorbehandlung mit Ionenstrahlen im Jahr 1997 am GSI wird das Therapieverfahren mit großem Erfolg eingesetzt und steht heute an der Schwelle zu einer breiten klinischen Anwendung.
Die Meldung der Universität Gießen finden Sie unter: https://idw-online.de/pages/de/news293671
]]>FAIR ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung, an dem 3000 Wissenschaftler aus über 40 Ländern schon jetzt an der Planung arbeiten. "Mit der getroffenen Vereinbarung wollen wir in der Region Fachkompetenz, Infrastrukturen und Personalkapazitäten bündeln und den wissenschaftlichen Nachwuchs fördern. Nur so können wir FAIR stemmen und alle gemeinsam von diesem fantastischen Projekt profitieren", sagt Horst Stöcker, der wissenschaftliche Geschäftsführer der GSI.
Seit Jahrzehnten bestehen bereits vielfältige Kooperation zwischen GSI und den Universitäten. Die Partner haben nun vereinbart, die schon bestehenden Kooperationen weiter auszubauen und besser zu koordinieren. Geplant ist beispielsweise die gemeinsame Nutzung von technischen Anlagen und Ausrüstung, um Komponenten für FAIR zu entwickeln und zu bauen. Weiterhin sollen exzellente Professoren verstärkt gemeinsam berufen werden. Auch um den wissenschaftlichen Nachwuchs wollen sich die Partner gemeinschaftlich bemühen. Voraussichtlich werden sich etwa 600 Doktoranden in den nächsten sechs Jahren mit der Forschung an GSI und FAIR befassen. In der Graduiertenschule "HGS Hire" (Helmholtz-Graduate School for Hadron and Ion Research) wird die Doktorandenausbildung koordiniert werden.
Die Partner der Vereinbarung sind: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Darmstadt, Technische Universität Darmstadt, Goethe-Universität Frankfurt, Frankfurt Institute for Advanced Studies FIAS, Justus-Liebig-Universität Gießen, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Johannes Gutenberg-Universität Mainz.
FAIR steht für "Facility for Antiproton and Ion Research". Es ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. Die FAIR-Anlage wird aus acht Kreisbeschleunigern, von denen die beiden größten einen Umfang von 1100 Metern besitzen, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren bestehen. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden dabei als Vorbeschleuniger dienen. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, erwarten.
]]>Der Preis wird von der Behnken-Berger-Stiftung jährlich an junge Nachwuchswissenschaftler vergeben. Den diesjährigen Preis erhält Christoph Bert gemeinsam mit Frau Ala Yaromina (Dresden) und Thorsten Johnson (München). Die Preisträger erhalten jeweils 5000 Euro Preisgeld. Die Preisverleihung findet im Rahmen der Jahrestagung der Berlin-Brandenburgischen Gesellschaft für Nuklearmedizin in Potsdam statt.
]]>Der Physik-Nobelpreisträger von 2005, Professor Theodor W. Hänsch vom Max-Planck-Institut in Garching, ist Hauptredner des Festkolloquiums am Dienstag, den 18. November. Es findet zu Ehren des 100. Geburtstags von Christoph Schmelzer (geb. 18.11.1908, gest. 2001) statt. Christoph Schmelzer war von 1969 bis 1978 der erste wissenschaftliche GSI-Geschäftsführer. Er entwickelte mit seiner Arbeitsgruppe in Heidelberg das Konzept für die GSI-Beschleunigeranlage, das die Gründung von GSI erst möglich und GSI bis heute zu einem weltführenden Beschleunigerlabor machte.
Im Rahmen des Symposiums wird am Mittwoch, den 19. November der Lise-Meitner-Preis 2008 für Kernphysik der Europäischen Physikalischen Gesellschaft an Professor Walter Greiner und Professor Reinhard Stock überreicht. Beide sind seit ihrer Emeritierung als Senior Fellows am Frankfurt Institute for Advanced Studies FIAS an der Goethe-Universität tätig. Sie werden ausgezeichnet für ihre Pionierarbeiten über die relativistische Schwerionenphysik, die am LHC und an FAIR in neue Dimensionen vorstoßen wird. Sie haben beide die Entwicklung der GSI von Anfang an maßgeblich mitbestimmt. Walter Greiner ist einer der Gründungsväter. Reinhard Stock war langjähriger Vorsitzender des Wissenschaftlichen Rats.
Außerdem wird das Symposium zum Anlass genommen, Professor Hans Gutbrod (GSI) zu würdigen, der seit 2001 die Projektgruppe FAIR leitet. Er hat in leitender Funktion dazu beigetragen, die politischen und wissenschaftlichen Voraussetzungen für das internationale Beschleunigerzentrum FAIR bei GSI zu schaffen.
Das Symposium wird organisiert und gesponsert von: Helmholtz International Center for FAIR (HIC for FAIR), Helmholtz Allianz "Cosmic Matter in the Laboratory" (EMMI), Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research (HGS-HIRe) und GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Darmstadt.
Weitere Informationen mit detailliertem Programm befinden sich unter: ISHIP
]]>Christiane Neumann, geboren 1953, hat in Frankfurt und Berlin Jura studiert. Nach mehreren Jahren als selbständige Rechtsanwältin arbeitete sie als Referentin in der Berliner Senatsverwaltung für Jugend und Familie.
1992 übernahm sie die Administrative Geschäftsführung des Wissenschaftszentrums Berlin für Sozialforschung (WZB), einem Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Als deren Administrative Vizepräsidentin fungierte sie über zwei Amtsperioden von 1999 bis 2003. Seit 2005 hat sie als Geschäftsführerin die Hertie School of Governance in Berlin mit aufgebaut, eine stiftungsfinanzierte Hochschule für Politik. Frau Neumann ist Mitglied des Vorstands der Deutschen Gesellschaft für Bildungsverwaltung.
]]>"Wir zeigen mit der Umbenennung, dass wir zur starken Gemeinschaft der Helmholtz-Zentren gehören und uns mit den gemeinsamen Zielen identifizieren." erklärt Professor Horst Stöcker, der wissenschaftliche Geschäftsführer des GSI Helmholtzzentrums. "Die Helmholtz-Zentren sind federführend in fast allen Bereichen der naturwissenschaftlichen Forschung tätig."
Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 28.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 15 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 2,4 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie, Verkehr und Weltraum. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894).
Das Ziel der wissenschaftlichen Forschung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung ist, die uns umgebende Welt in ihrem Aufbau und Verhalten zu verstehen. Das GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Über 1.200 Forscher aus aller Welt nutzen die Anlage für Experimente, durch die sie neue und faszinierende Entdeckungen in der Grundlagenforschung machen. Darüber hinaus entwickeln sie immer wieder neue und eindrucksvolle Anwendungen. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt das GSI Helmholtzzentrum eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. In den nächsten Jahren wird am GSI Helmholtzzentrum das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR entstehen, eines der größten Forschungsprojekte Europas. Dort erwarten Wissenschaftler Antworten auf grundlegende bisher ungelöste Fragen zum Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums.
]]>Marco Durante wird die Forschung an der Tumortherapie fortsetzen mit dem Ziel, die Behandlungsmethode auch bei anderen Indikationen einzusetzen. Darüber hinaus entsteht, basierend auf dem Hauptarbeitsgebiet von Marco Durante, ein neuer Schwerpunkt der Abteilung: die Wirkung von kosmischer Strahlung auf den menschlichen Körper, wie sie etwa bei längeren Aufenthalten von Astronauten im Weltall auftritt. Zu diesem Zweck wurde bereits Anfang des Jahres eine Zusammenarbeit mit der European Space Agency (ESA) vereinbart.
Der 43-jährige Marco Durante stammt aus Neapel, Italien, und hat dort Physik studiert. Er promovierte am Lawrence Berkeley Laboratory in Berkeley, USA, und wechselte im Anschluss zurück an die Universität Neapel. Nach seiner Zeit als Post-Doktorand am Lyndon B. Johnson Space Center der NASA in Houston, Texas, und am National Institute for Radiological Sciences in Chiba, Japan, war er ab 2000 bei der NASA in verschiedenen Positionen tätig. Parallel zur Leitung der GSI-Abteilung Biophysik übernimmt Marco Durante eine Professur für Biophysik an der Technischen Universität Darmstadt. Weiterhin ist er als außerordentlicher Professor an der Universität von Philadelphia, USA, tätig.
]]>Der LHC besteht aus einem Ring von 27 Kilometern Umfang und kann Protonen und schwere Ionen auf bisher unerreichte Energien beschleunigen. Durch Kollisionen dieser Teilchen kann der Zustand des Universums simuliert werden, wie er Sekundenbruchteile nach dem Urknall, vor etwa 14 Milliarden Jahren, herrschte. In vier hausgroßen Experimentieraufbauten vermessen Physiker die Spuren der Teilchenkollisionen und können somit den Urknall erforschen.
Insgesamt sind am LHC und den dazugehörigen Experimenten etwa 10 000 Menschen aus 85 Ländern beteiligt.
ALICE steht für "A Large Ion Collider Experiment". Hauptziel von ALICE ist es, zu erforschen, wie die Materie im Universum Sekundenbruchteile nach dem Urknall aussah. Damals herrschten unvorstellbar hohe Temperaturen und Drücke, unter denen die uns heute bekannte Materie nicht existieren konnte. Es existierte ein so genanntes Quark-Gluon-Plasma, eine Art Ursuppe, in der alle Materiebausteine frei und ungebunden vorliegen. Durch Kollisionen von schweren Ionen aus Blei soll am LHC das Quark-Gluon-Plasma erzeugt und mit ALICE untersucht werden.
Der ALICE-Experimentaufbau wiegt 10 000 Tonnen. Er ist 26 Meter lang und hat einen Durchmesser von 16 Metern. Wissenschaftler der GSI und deutscher Universitäten sind seit mehr als 15 Jahren an der Entwicklung neuer Messinstrumente und am wissenschaftlichen Programm von ALICE beteiligt. Sie entwickelten federführend die so genannte Zeitprojektionskammer TPC (Time Projection Chamber), den Übergangsstrahlungsdetektor TRD (Transition Radiation Detector) sowie die dazugehörige Mikroelektronik und den "High Level Trigger", die elektronische Steuerung der Messdatenerfassung. Im Detektorlabor der GSI wurden unter Reinraumbedingungen über 200 Gasdetektoren gebaut, die bis zu 2 Meter x 3 Meter groß sind.
Die Auswertung der Messdaten wird ein Schwerpunkt am kürzlich bei GSI gegründeten Institut EMMI (Extreme Matter Institute) sein. "Der LHC wird zuerst Protonenstrahlen liefern. Den Schwerionenstrahl aus Blei erwarten wir in etwa einem Jahr. Dann wollen wir das Quark-Gluon-Plasma erzeugen und zum ersten Mal sehen, wie das Universum eine millionstel Sekunde nach dem Urknall aussah", sagt Professor Peter Braun-Munzinger, Direktor von EMMI und Forschungsbereichsleiter an der GSI.
"Nach jahrzehntelanger gemeinsamer Vorbereitung, das heißt der wissenschaftlichen und technischen Planung, der Entwicklung und dem Bau von ALICE - mit allen Höhen und Tiefen - können wir es nun kaum erwarten, die ersten Messungen mit ALICE durchzuführen", sagt Professorin Johanna Stachel von der Universität Heidelberg, die Sprecherin des Forschungsschwerpunkts des Bundesministeriums für Bildung und Forschung BMBF, der alle deutschen ALICE-Aktivitäten umfasst.
Insgesamt sind mehr als 1000 Wissenschaftler, Techniker und Ingenieure aus 30 Ländern an ALICE beteiligt. Aus Deutschland sind beteiligt: Technische Universität Darmstadt, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Fachhochschule Köln, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Fachhochschule Worms und Gesellschaft für Schwerionenforschung GSI, Darmstadt.
Mehrere Mitarbeiter aus dem Beschleunigerbereich der GSI sind an der Inbetriebnahme des LHC direkt beteiligt. Seit Ende 2006 haben sie dort verschiedene Softwarepakete zur Steuerung des Beschleunigers mitentwickelt. In den 1990er Jahren hat die GSI einen linearen Vorbeschleuniger für schwere Ionen gebaut, der seitdem am CERN eingesetzt wird. Er wird in Zukunft den LHC mit schweren Ionen speisen.
Um die enormen Datenmengen zu bewältigen, die an den LHC-Experimenten entstehen, wurde das World-Wide-Grid aufgebaut, eine Weiterentwicklung des World-Wide-Web. Dabei werden über das Internet mehrere zehntausend Rechner der am LHC beteiligten Forschungsinstitute zusammengeschaltet. Physiker und Informatiker der GSI haben das Grid in den letzten Jahren mitentwickelt. Das Rechenzentrum der GSI wird ein fester Bestandteil des Grid für die Datenauswertung des ALICE-Experiments sein. Bei ALICE wird eine Datenmenge von etwa zwei Millionen Gigabyte pro Jahr erwartet. Das entspricht ungefähr drei Millionen CDs.
Ziel am LHC ist es, Teilchenstrahlen mit höchster Energie zu erzeugen. Im Gegensatz dazu wird die geplante Beschleunigeranlage FAIR an der GSI Teilchenstrahlen mit höchster Intensität liefern. Höchste Intensität bedeutet hier möglichst viele Teilchen pro Sekunde. Damit lassen sich Teilchenstrahlen, beispielsweise aus Antiprotonen oder einer Vielzahl neuer Atomkerne, herstellen. Materie, wie sie im Universum vorkommt, aber nicht auf der Erde.
Die Experimente am LHC versuchen eine Simulation des Universums möglichst kurz nach dem Urknall. An FAIR kann die darauf folgende Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, nachvollzogen werden. Somit ergänzt sich die Forschung an den beiden Beschleunigeranlagen LHC und FAIR.
]]>Für den Einsatz an FAIR liefert der Magnet hohe magnetische Feldstärken von bis zu 1,9 Tesla. Dies ist fast hunderttausend Mal stärker als das Magnetfeld der Erde, in dem sich eine Kompassnadel bewegt. Die besondere Eigenschaft des neuen Magneten ist, dass sich sein Magnetfeld in weniger als einer Sekunde kontrolliert hoch- und runterregeln lässt. Der neue Magnet ist supraleitend und wird deshalb mit flüssigem Helium auf minus 269 Grad Celsius gekühlt, das sind vier Grad über dem absoluten Nullpunkt.
Ab September werden Ingenieure und Physiker der GSI die Eigenschaften des Magneten über mehrere Monate testen. Dazu haben sie einen eigenen neuen Teststand eingerichtet. Nach den Tests werden sie entscheiden, ob die Serienproduktion der Magnete, insgesamt 108 Stück, beginnen kann.
Der Magnet wurde in den letzten vier Jahren vom JINR (Joint Institute for Nuclear Research) in Dubna / Russland und der GSI entwickelt. Gefertigt wurde er von der Firma Babcock Noell in Würzburg. Diese Art von Magneten wird innerhalb der FAIR-Anlage am größten Kreisbeschleuniger eingesetzt werden, der einen Umfang von 1100 Metern besitzt.
Die Aufgabe von Magneten im Kreisbeschleuniger ist es, die Teilchen auf einer Kreisbahn zu halten. Auf der Kreisbahn durchlaufen die Teilchen eine kurze Beschleunigerstrecke und werden dort bei jedem Umlauf weiter beschleunigt. Für die Magnete gibt es zwei wichtige Anforderungen. Sie müssen eine hohe Magnetfeldstärke erreichen, denn je höher das Magnetfeld desto höhere Teilchengeschwindigkeiten lassen sich erreichen. Außerdem müssen sich die Magnete extrem schnell ansteuern lassen, denn von Umlauf zu Umlauf werden die Teilchen schneller und dementsprechend müssen die Magnetfelder erhöht werden, bis zu einer Millionen Mal pro Sekunde.
FAIR steht für "Facility for Antiproton and Ion Research". Es ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. Die FAIR-Anlage wird aus acht Kreisbeschleunigern, von denen die beiden größten einen Umfang von 1100 Metern besitzen, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren bestehen. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden dabei als Vorbeschleuniger dienen. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, erwarten.
]]>In den ersten abgeschlossenen klinischen Studien konnten Heilungsraten von 75 bis 90 Prozent, je nach Art des Tumors, beobachtet werden. Gleichzeitig sind die Nebenwirkungen verschwindend gering. Für die Behandlung an der GSI wird die mehrere hundert Meter große Beschleunigeranlage benutzt, die für die physikalische Grundlagenforschung konzipiert ist. Für einen klinischen Routinebetrieb hat die GSI eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage entwickelt, die am Heidelberger-Ionentherapie-Zentrum HIT demnächst den Patientenbetrieb aufnehmen wird.
Im Rahmen eines Kooperationsvertrags mit der GSI bietet Siemens Therapieanlagen, nach dem Vorbild der Anlage in Heidelberg, schlüsselfertig auf dem Medizinmarkt an. Die ersten Anlagen an den Universitätskliniken in Marburg und in Kiel befinden sich bereits im Bau.
Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, hochpräzise in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich. Sie werden so gesteuert, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt millimetergenau bestrahlt werden können. Das umliegende gesunde Gewebe wird weitgehend geschont. Das Verfahren eignet sich vor allem für tiefliegende Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie z.B. dem Sehnerv oder dem Hirnstamm.
Projektpartner der Therapie mit Ionenstrahlen an der GSI sind das Universitätsklinikum und das Deutsche Krebsforschungszentrum in Heidelberg, das Forschungszentrum Dresden Rossendorf und die GSI.
]]>An der EU-weiten Bewerbersuche nahmen über 90 Ingenieur- und Architekten-Teams teil. Zielvorgabe waren Lösungskonzepte für die speziellen Anforderungen an Gebäude und technische Einrichtungen des FAIR-Zentrums. Die Bauten müssen optimal auf die Beschleunigeranlagen und Experimentiereinrichtungen abgestimmt sein und sich gleichzeitig an bestehende GSI-Gebäude sowie die umgebende Landschaft anpassen. Die neue Anlage soll eine Nutzfläche von 83.705 Quadratmeter aufweisen. Das breite Aufgabenspektrum reicht von der Gebäudeplanung über Starkstromanlagen bis hin zu kältetechnischen Anlagen. Jedes der zwölf Planungsfelder wurde getrennt nach dem VOF-Verfahren ausgeschrieben.
Mit der Errichtung von FAIR, einer der größten Beschleunigeranlagen der Welt, wird ein einmaliges Instrument für die Forschung zur Verfügung stehen. An ihr wird Forschung in einer neuen Qualität und Vielfalt möglich sein, durch die Physiker neue Einblicke in die Struktur der Materie und die Evolution des Universums erwarten. Mit der Beauftragung der Ingenieur- und Architektur-Büros ist die GSI einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Realisierung von FAIR vorangekommen.
]]>EMMI ist eine Allianz, die zwölf Partnerinstitutionen verbindet, die zusammen weitere 54 Millionen Euro für die Allianz aufbringen werden. Die Partner sind die GSI, die TU Darmstadt, die Universitäten Frankfurt, Heidelberg und Münster, das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, das FIAS Frankfurt, das Forschungszentrum Jülich, die Universität Paris VI (Frankreich), die Universität Tokio/RIKEN (Japan), das Lawrence Berkeley National Laboratory (USA) und das Joint Institute for Nuclear Astrophysics (USA). Als so genannte assoziierte Partner wurden weltweit führende Wissenschaftler gewonnen, darunter die Physik-Nobelpreisträger Frank Wilczek (2004) und Wolfgang Ketterle (2001). Sprecher der Allianz sind die GSI-Wissenschaftler und Professoren der TU Darmstadt Professor Peter Braun-Munzinger und Professor Karlheinz Langanke.
An EMMI werden 18 neue Professuren eingerichtet, insgesamt werden um die 100 Wissenschaftler aus verschiedenen Fachgebieten tätig sein. Unter einem Dach sollen unterschiedliche Kompetenzen gebündelt werden und in interdisziplinärer Zusammenarbeit die Vielfalt der kosmischen Materie und ihre verschiedenen Aspekte ergründet werden – von extrem heißer Urknallmaterie bis zu ultra kalten Quantengasen. Die am EMMI-Institut gewonnenen Erkenntnisse werden wichtige Impulse für das wissenschaftliche Programm an dem zukünftigen internationalen Beschleunigerzentrum FAIR liefern.
Der Antrag für EMMI wurde im November 2007 von der Helmholtz-Gemeinschaft als einer von vieren unter 30 eingegangen Anträgen ausgewählt. Siehe dazugehörige Pressemeldung unter: More information
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Sie ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 1050 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler, denen die GSI ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2015 soll bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ionen Research) für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort erwarten Wissenschaftler Antworten auf grundlegende bisher ungelöste Fragen zum Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums. Weitere Informationen unter: GSI
]]>"HIC for FAIR" ist eine Kooperation der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt (Federführung), der Technischen Universität Darmstadt, der Justus-Liebig-Universität Gießen, dem Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) und der GSI. Die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren stellt eine zusätzliche Fördersumme von 3,5 Millionen Euro bereit.
Die Partner wollen im "Helmholtz International Center for FAIR" gemeinsam ihre Stärken für die Planung und Entwicklung für das zukünftige Beschleunigerzentrum FAIR einbringen und ausbauen. Im Vordergrund stehen die Entwicklung von theoretischen Modell- und Simulationsrechnungen, die Konzeption und der Bau von Beschleuniger- und Experiment-Anordnungen sowie die Entwicklung von Elektronik- und Datenanalyse-Systemen für FAIR.
FAIR steht für "Facility for Antiproton and Ion Research". Es ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. Die FAIR-Anlage wird aus acht Kreisbeschleunigern, von denen die beiden größten einen Umfang von 1100 Metern besitzen, zwei Linearbeschleunigern und rund 3,5 Kilometern Strahlführungsrohren bestehen. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger werden dabei als Vorbeschleuniger dienen. An FAIR wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute, erwarten.
Die Pressemitteilung der Helmholtz-Gemeinschaft finden Sie unter:
https://www.helmholtz.de/aktuelles/pressemitteilungen/
Die Helmholtz-Graduiertenschule wird gemeinsam betrieben werden von der GSI, der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt, der Technischen Universität Darmstadt, der Justus-Liebig-Universität Gießen, der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und dem Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS). Koordination und Leitung liegen in der Hand von Professor Harald Appelshäuser von der Universität Frankfurt und Dr. Henner Büsching von FIAS.
Die neue Helmholtz-Graduiertenschule möchte die besten Köpfe weltweit für Doktorarbeiten an FAIR gewinnen. Sie wird zentrale Anlaufstelle für Bewerber sein und die Durchführung von experimentellen und theoretischen Doktorarbeiten koordinierend begleiten. Sie garantiert den Doktoranden eine exzellente wissenschaftliche Ausbildung an den weltweit einmaligen Forschungsanlagen von GSI und FAIR. Die Doktoranden können sich neben ihrer fachspezifischen Arbeit in Graduiertenkollegs der beteiligten Universitäten interdisziplinär und universitätsübergreifend weiterbilden. Darüber hinaus bietet die Schule Möglichkeiten, die über das wissenschaftliche Angebot hinausgehen. In einem speziellen Kursangebot, zum Beispiel über Teamfähigkeit, Diskussionsführung und Wissenschaftskommunikation, wird die Persönlichkeit der Studenten systematisch gefördert und auf eine erfolgreiche Karriere in Wissenschaft oder Wirtschaft vorbereitet. Zum Abschluss ihrer Arbeit werden die Studenten wie bisher an ihrer jeweiligen Universität promovieren.
FAIR steht für "Facility for Antiproton and Ion Research" (Übers.: Anlage für Antiprotonen- und Ionenforschung). Es ist weltweit eines der größten Forschungsvorhaben für die physikalische Grundlagenforschung. FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. Herzstück ist ein Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden Beschleunigeranlagen der GSI werden dabei als Vorbeschleuniger dienen. Insgesamt wird die FAIR-Anlage aus acht Kreisbeschleunigern und zwei Linearbeschleunigern bestehen. An dieser Anlage wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Forscher aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums vom Urknall bis heute erwarten.
Die Pressemitteilung der Helmholtz-Gemeinschaft finden Sie unter:
https://www.helmholtz.de/aktuelles/presseinformationen/artikel/artikeldetail/helmholtz_investiert_in_doktorandenausbildung/
Der neue Laser Phelix (Petawatt High-Energy Laser for Ion Experiments) gehört zu den stärksten Lasern weltweit. Er kann Laserpulse mit Energien bis zu 1000 Joule und Laserpulse mit Leistungen bis zu einem halben Petawatt liefern. Die Leistung ist Trillionen Mal, das heißt Milliarden mal Milliarden Mal, höher als bei einem Laserpointer oder einem Laser in einem CD-Spieler.
Phelix hat solche Ausmaße, dass er in einem eigenen Gebäude von der Größe eines zweistöckigen Wohnhauses komplett unter Reinraumatmosphäre untergebracht ist. Der Laserstrahl, der einen Durchmesser von 30 cm besitzt, wird mit Spezial-Spiegeln zum Experimentierplatz am Ionenbeschleuniger geleitet und dort auf einen Punkt verdichtet. Nur etwa alle 1 ½ Stunden kann ein Laserpuls erzeugt werden.
Der Aufbau erfolgte in internationaler Zusammenarbeit unter Führung der GSI. Die Bauzeit betrug etwa acht Jahre. Während der Bauphase traten unerwartete technische Probleme auf, die das Projekt verzögerten, zum Beispiel bei der Produktion der großflächigen Spezial-Spiegel, mit denen der Laserstrahl geführt wird.
"Wir sind froh, dass wir alle technischen Problemen gemeistert haben und es nun geschafft haben, das erste Experiment durchzuführen, in dem wir Hochenergie-Laserstrahlen mit Ionenstrahlen kombinieren konnten. Wir freuen uns auf die vielen spannenden Experimente in den kommenden Jahren", sagt Professor Klaus Witte, der Phelix-Projektleiter an der GSI.
Mit dem Laser Phelix können in Kombination mit der Beschleunigeranlage für Ionen an der GSI weltweit einzigartige Experimente durchgeführt werden. Ziel ist es, Materie zu erforschen, wenn sie als so genanntes Plasma vorliegt. Plasma ist ein Aggregatzustand neben den bekannteren Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig, die Materie auf der Erde annehmen kann. Dabei ist die Atomhülle ganz oder teilweise von den Atomkernen getrennt. Dies ist nur unter Extrembedingungen, das heißt vor allem hohen Temperaturen möglich, wie sie in Sternen oder im Inneren des Jupiter vorherrschen. Aus dem Alltag sind uns weniger energiereiche Plasmen bekannt, wie zum Beispiel eine Kerzenflamme oder Blitze bei einem Gewitter.
Im jüngsten Experiment beschossen Wissenschaftler der GSI und der TU Darmstadt mit dem Laser Phelix eine Materialprobe aus Kohlenstoff, sodass sich der Kohlenstoff in ein Plasma umwandelte. Bruchteile von Sekunden später beschossen sie das Plasma mit Ionenstrahlen aus Schwefel. Die Analyse der dabei auftretenden Reaktionen erlaubt es, die Eigenschaften des Plasmas zu erforschen. Auch das Umgekehrte ist in Zukunft geplant: die Erzeugung eines Plasma mit Ionenstrahlen und die Analyse mit Laserstrahlen.
]]>Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist eine sehr präzise, hochwirksame und gleichzeitig sehr schonende Therapie. Der Vorteil liegt darin, dass die größte Wirkung des Ionenstrahls direkt auf den Tumor gerichtet werden kann. Dadurch wird das umliegende gesunde Gewebe weitgehend geschont. Bisher wurden an der GSI über 400 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich mit großem Erfolg behandelt. Die Heilungsraten liegen, je nach Art des Tumors, bei 75 bis 90 Prozent. Die Therapie ist schmerzlos und Nebenwirkungen sind verschwindend gering.
Gerhard Kraft ist der Initiator und Wegbereiter der Therapie mit Ionenstrahlen an der GSI und damit in Europa. Bereits Anfang der 1980er Jahre baute er die biophysikalische Forschungsabteilung an der GSI auf. Inspiriert wurde er durch einen Forschungsaufenthalt in Berkeley, USA, wo weltweit zum ersten Mal Patienten mit Ionenstrahlen behandelt wurden. Seitdem hatte er bei seinen wissenschaftlichen Arbeiten an der GSI immer das visionäre Ziel vor Augen, eines Tages an der GSI Menschen mit Ionenstrahlen zu behandeln. Seine Vision war es, ein extrem präzises Bestrahlungsverfahren zu entwickeln, bei dem die Vorteile des Ionenstrahls, das heißt dessen Präzision und hohe biologische Wirkung, voll zum Tragen kommen. Auch wenn die Vorteile der Ionenstrahlen auf der Hand lagen, erschien vielen Wissenschaftlern dieses Bestrahlungsverfahren aus technischen Gründen undenkbar. Die Bestrahlungen in Berkeley, die technisch bei weitem nicht ausgereift waren, wurden unterdessen wieder eingestellt.
Dank der Initiative, der Weitsichtigkeit und Überzeugungskraft von Gerhard Kraft ist das Therapieverfahren seit zehn Jahren an der GSI im Einsatz. Die technische Leistung ist enorm: In nur wenigen Sekunden legen Ionenstrahlen in den GSI-Beschleunigern mehrere zehntausend Kilometer zurück und erreichen schließlich etwa die halbe Lichtgeschwindigkeit (150.000 Kilometer pro Sekunde). Erst dann können sie ins Gewebe eindringen und millimetergenau in den Tumor geschossen werden.
Der Aufbau des Behandlungsplatzes an der GSI war vor allem eine Gemeinschaftsarbeit der Abteilungen Biophysik, Materialforschung, Experiment-Elektronik, Informationstechnologie, und des Beschleunigerbereichs. Projektpartner waren das Universitätsklinikum und das Deutsche Krebsforschungszentrum in Heidelberg sowie das Forschungszentrum Rossendorf.
Parallel zu den laufenden Behandlungen hat die GSI bereits 1998 ein Konzept für eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage vorgeschlagen, die für den klinischen Routinebetrieb geeignet ist. Sie wurde am Universitätsklinikum Heidelberg aufgebaut und steht kurz vor der Inbetriebnahme. Dort werden über 1000 Patienten pro Jahr behandelt werden können. Weitere Kliniken dieser Art entstehen zurzeit am Universitätsklinikum Marburg und Universitätsklinikum Schleswig-Holstein in Kiel.
Gerhard Kraft ist Jahrgang 1941. Er studierte Physik in Heidelberg und Köln und arbeitete zunächst auf den Gebieten Atom- und Kernphysik. Im Jahr 1973 kam er zur GSI in die Forschungsabteilung Atomphysik. Nach Forschungsaufenthalten in Straßburg und Berkeley, USA, baute er ab 1981 die Abteilung Biophysik auf, die er bis heute leitet. Seit 1994 ist Gerhard Kraft Honorarprofessor an der Universität Kassel und seit 1997 Honorarprofessor an der TU Darmstadt.
]]>Astronauten sind auf Weltraumflügen permanent kosmischer Strahlung ausgesetzt. Diese Strahlung tritt zum größten Teil nicht auf der Erde auf, da sie vom Erdmagnetfeld und der Atmosphäre abgeschirmt wird. Es ist bekannt, dass Strahlung menschliche Zellen und deren Erbgut schädigen kann. Dadurch kann Krebs entstehen oder es sterben Zellen ab, was zum Beispiel im Gehirn oder in den Augen zu erheblichen Spätschäden führen kann. Die genauen Gesundheitsrisiken, die sich durch Strahlung auf bemannten Weltraumflügen zum Mond oder Mars ergeben, sind bisher zu wenig bekannt.
Ziel der für die ESA an der GSI geplanten Forschungen ist es, die biologische Wirkung speziell von Ionenstrahlen auf das menschliche Erbgut und deren Langzeitwirkung quantitativ zu untersuchen. Es ist geplant, Moleküle, Zell- sowie Gewebeproben zu bestrahlen. Aufbauend auf den Forschungsergebnissen können optimale Abschirmungen zum Einsatz in der Raumfahrt entwickelt werden. Dies ist eine Grundvoraussetzung für die Durchführung sicherer Marsmissionen.
Die im Weltraum auftretenden Ionenstrahlen sind äußerst vielfältig. Es können Ionen von allen Elementen auftreten, das heißt vom Wasserstoff, dem leichtesten, bis zum Uran, dem schwersten. Die Beschleunigeranlage der GSI ist die einzige in Europa mit der alle im Weltraum auftretenden Ionenstrahlen hergestellt werden können. Sie eignet sich deshalb besonders für das geplante Forschungsvorhaben. An der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR werden die Möglichkeiten erheblich erweitert, weil dort Ionenstrahlen mit noch höheren Energien und Intensitäten hergestellt werden können.
Im Weltraum treten unterschiedliche Strahlungsarten auf, neben Ionenstrahlen sind dies zum Beispiel elektromagnetische Strahlung oder Neutrinostrahlung. Ionenstrahlen besitzen die mit Abstand höchste biologische Wirkung. Sie sind dementsprechend die wichtigste und entscheidende zu untersuchende Strahlungsart, um Gesundheitsrisiken für bemannte Weltraumflüge zu ermitteln.
Forscherinnen und Forscher wurden bereits aufgerufen, Vorschläge für Experimente einzureichen. Die ersten Anträge werden im Mai begutachtet. Die Begutachtung übernimmt ein Programm-Komitee ("Biophysics & Radio-Biology Program Advisory Committee"), das mit internationalen Spitzenwissenschaftlern besetzt ist. Die ersten Experimente könnten schon Ende dieses Jahres durchgeführt werden.
]]>Die Vorträge in der Reihe "Wissenschaft für Alle" werden in der Regel von GSI-Forscherinnen und Forschern gehalten, aber auch von externen Rednern aus Universitäten und anderen Instituten. Die Referenten berichten über die Forschung, die sie selbst betreiben, und stellen sie einem breiten Publikum allgemein verständlich dar. Die Themen decken ein großes wissenschaftliches Spektrum ab. In erster Linie wird über die Forschung an GSI und FAIR berichtet, darüber hinaus über aktuelle Themen aus anderen Gebieten der Physik, Chemie, Biologie, Medizin und Informatik. In den Vorträgen bei "Wissenschaft für Alle" können sich interessierte Laien aus erster Hand einen Eindruck über aktuelle Forschung machen.
Im aktuellen Vortrag sprach der Wissenschaftliche Geschäftsführer der GSI Professor Horst Stöcker über "Das kleine schwarze Loch – Abfalleimer und Energielieferant". Er erläuterte dem Publikum, wie man kleine schwarze Löcher zur Müllvernichtung verwenden und dabei noch Energie gewinnen könnte – eine Methode, auf die er sogar ein Patent angemeldet hat!
Gleichzeitig mit der Preisübergabe kann die Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" ein Jubiläum feiern: Sie existiert seit 20 Jahren. Im Jahr 1988 fand der erste Vortrag im Hörsaal der GSI statt. Highlights der letzten Jahre waren unter anderem ein 3D-Vortrag sowie Vorträge über physikalische Phänomene in populären Filmen und Literatur, wie "James Bond", "2001 – Odyssee im Weltraum" und "Per Anhalter durch die Galaxis". Auch astronomischen Ereignissen wie etwa dem Venusdurchgang 2004 wurde ein Vortrag mit Teleskopbeobachtung gewidmet. Die spannend aufbereitete Wissenschaft hat so in den 20 Jahren insgesamt etwa 20.000 Zuhörer angelockt.
Die bundesweite Veranstaltungsreihe "365 Orte im Land der Ideen" stellt im Schaltjahr 2008 365 plus 1 Orte vor, in denen Zukunft gemacht wird. Der Begriff der "Orte" bezeichnet Initiativen und Institutionen, Vereine und Verbände, in denen Innovationen entwickelt und Ideen kreiert werden, zum Beispiel öffentliche und private Einrichtungen, Universitäten und Forschungsinstitute, Unternehmen sowie soziale und kulturelle Projekte. Eine 17-köpfige Jury hat die Sieger aus rund 1.500 Bewerbern ausgewählt.
Ausgelobt wird der Wettbewerb von der Initiative "Deutschland – Land der Ideen". Sie ist die gemeinsame Standortinitiative von Bundesregierung und deutscher Wirtschaft, vertreten durch den Bundesverband der Deutschen Industrie (BDI). Schirmherr der Initiative ist Bundespräsident Horst Köhler. Ihr Ziel ist es, ein positives Deutschlandbild im In- und Ausland zu vermitteln und darüber hinaus die Stärken des Wirtschaftsstandortes Deutschland zu betonen.
Die Termine der Vortragsreihe "Wissenschaft für Alle" im ersten Halbjahr 2008:
Die Vorträge finden jeweils im Hörsaal der GSI statt. Der Eintritt ist frei. Mögliche Änderungen und die noch nicht feststehenden Termine für das zweite Halbjahr 2008 erscheinen rechtzeitig unter. Wissenschaft für Alle
]]>Die Behandlung mit Ionenstrahlen ist ein sehr präzises, hochwirksames und gleichzeitig sehr schonendes Therapieverfahren. Ionenstrahlen dringen in den Körper ein und entfalten ihre größte Wirkung erst tief im Gewebe, dort wo sie in einem nur stecknadelkopfgroßen Bereich stecken bleiben. Sie können so gesteuert werden, dass Tumoren bis zur Größe eines Tennisballs Punkt für Punkt millimetergenau bestrahlt werden können. Das umliegende gesunde Gewebe wird weitgehend geschont. Das Verfahren eignet sich vor allem für tiefliegende Tumore in der Nähe von Risikoorganen, wie z.B. dem Sehnerv oder dem Hirnstamm.
Ionen sind elektrisch geladene Atome. Bei der Behandlung an der GSI werden Ionen des Kohlenstoffatoms verwendet. Damit sie ins Tumorgewebe eindringen können, werden sie in den mehreren hundert Meter langen Beschleunigeranlagen der GSI auf sehr hohe Geschwindigkeiten, etwa 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit, gebracht. Die Beschleunigeranlagen müssen dafür vielfach durchlaufen werden, sodass der insgesamt in nur wenigen Sekunden zurückgelegte Weg der Ionen etwa 50.000 Kilometer beträgt, bevor sie in den Tumor geschossen werden.
Die Behandlung an der GSI geschieht unter medizinischer Leitung der Radiologischen Universitätsklinik Heidelberg. In den ersten abgeschlossenen klinischen Studien wurden Patienten mit Tumoren an der Schädelbasis behandelt. Nachfolgende Beobachtungen über fünf Jahre haben gezeigt, dass das Wachstum der bestrahlten Tumore, je nach Art des Tumors, bei 75 bis 90 Prozent der Patienten gestoppt werden konnte. Nur in sehr seltenen Fällen traten behandlungsbedürftige Nebenwirkungen auf. Aufgrund der überzeugenden Ergebnisse ist die Therapie für mehrere Indikationen inzwischen als Heilverfahren anerkannt. In neuen noch nicht abgeschlossenen Studien werden Patienten mit Tumoren an der Wirbelsäule und mit Prostatakrebs behandelt.
In der Regel kommen die Patienten an 20 aufeinander folgenden Tagen zu einer etwa 30-minütigen Behandlung. Dank der geringen Nebenwirkungen kann die Behandlung ambulant durchgeführt werden. Ein stationärer Aufenthalt im Krankenhaus ist nicht nötig.
Im Moment gibt es neben dem Behandlungsplatz an der GSI nur in Japan die Möglichkeit einer Therapie mit Ionenstrahlen. Die präzise punktgenaue Bestrahlung ist dort jedoch nicht möglich. Im Hinblick auf Präzision bei der Bestrahlung und Schonung des gesunden Gewebes ist das bei GSI entwickelte und bei HIT zum Einsatz kommende Bestrahlungsverfahren deutlich überlegen.
Um die neue Methode einer größeren Patientenzahl im klinischen Routine-betrieb zugänglich zu machen, baut die Universitätsklinik Heidelberg unter zentraler Mitwirkung der GSI das Heidelberger-Ionentherapie-Zentrum HIT. Denn die Beschleunigeranlage der GSI, die außerdem für Grundlagenforschung in der Kern- und Atomphysik genutzt wird, ist für einen klinischen Routinebetrieb nicht geeignet, u.a. ist sie überdimensioniert.
HIT ist hingegen eine für die Therapie mit Ionenstrahlen maßgeschneiderte Anlage, die nächstes Jahr in Betrieb genommen wird. HIT wird damit die erste marktreife Anlage für die Therapie mit Ionenstrahlen. Bei Behandlungskosten von etwa 20.000 Euro werden dort über 1000 Patienten pro Jahr behandelt werden.
HIT besteht aus einer kompakten Beschleunigeranlage und drei daran angeschlossenen Behandlungsplätzen, die eine optimale Auslastung der Beschleunigeranlage ermöglichen. Zwei Behandlungsplätze sind direkte Weiterentwicklungen der an der GSI verwendeten Technik. Dort kommen erstmalig kooperierende Roboter zur Positionierung der Patienten und der digitalen Röntgendiagnostik in die klinische Anwendung. Ein dritter Behandlungsplatz ist ebenfalls weltweit einzigartig. Er besitzt ein drehbares Strahlführungssystem für Ionenstrahlen, eine so genannte Gantry, welche aus einem bei der GSI entwickelten Prototypen hervorgegangen ist. Diese erlaubt es, den Ionenstrahl aus jeder beliebigen Richtung in den Körper des Patienten zu lenken, was die Behandlungsmöglichkeiten erheblich erweitert.
Die Anlage des HIT wurde von der GSI maßgeblich entwickelt. Mehr als 40 Patente sind aus diesen Entwicklungen hervorgegangen. Im Rahmen eines Kooperationsvertrags mit der GSI bietet Siemens Medical Solutions Therapieanlagen nach dem Vorbild von HIT schlüsselfertig auf dem Medizinmarkt an. Die erste Anlage am Universitätsklinikum in Gießen und Marburg befindet sich bereits im Bau.
Eine präzise Bestrahlung komplex geformter Tumoren erlaubt das bei GSI entwickelte und erstmals in der Strahlentherapie eingesetzte Rasterscanverfahren. Der Schwerionenstrahl wird mit Hilfe von Magnetfeldern seitlich abgelenkt und die Eindringtiefe über die Energie der Ionen von Puls zu Puls eingestellt. Zur Intensitätsregelung verweilt der Strahl so lange auf jedem Punkt, bis die berechnete Solldosis erreicht ist. Es stellt eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Bestrahlungsmethoden dar.
]]>Während des Besuchs konnte sich Storm über die konzeptionelle Ausrichtung des Schülerlabors in Gesprächen mit Jutta Leroudier und Dr. Axel Gruppe informieren. Schülerinnen und Schüler haben bei der GSI die Chance an neun aufeinander abgestimmten Versuchen zu den Themen Radioaktivität und Strahlung einen ganzen Tag zu experimentieren. So konnte Storm Schülerinnen und Schülern des Grundkuses der 13. Klasse der Liebigschule in Frankfurt während des Experimentierens über die Schulter schauen. Ziel des Schülerlabors sei das Heranführen junger Menschen an die Naturwissenschaften mit Möglichkeiten, die in Schulen so nicht zur Verfügung stünden. „Dies ist insbesondere für die naturwissenschaftliche Ausbildung und nachhaltige Nachwuchsförderung gerade in Hinblick auf das am 7. November gestartete FAIR-Projekt von großer Bedeutung“, betonten Stöcker und Storm. Bereits jetzt sei die GSI eine Ausbildungsschmiede für Wissenschaftler und Ingenieure. So seien nahezu 300 Doktoranden in Wixhausen am Forschen.
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Sie ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 1050 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler, denen die GSI ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2015 soll bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ionen Research) für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort erwarten Wissenschaftler Antworten auf grundlegende bisher ungelöste Fragen zum Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums. Weitere Informationen unter: GSI
]]>Herr Kurz war vom 1. April 2005 bis zum 30. November 2007 kaufmännischer Geschäftsführer der GSI. Unter seiner Verantwortung wurden die administrativen Vorrausetzungen für das zukünftige internationale Beschleunigerzentrum FAIR geschaffen. Der Projektstart konnte am 7. November 2007 offiziell gefeiert werden.
Die GSI bedauert den Weggang von Herrn Kurz sehr. Sie dankt ihm für seine hervorragende Arbeit und wünscht ihm für seine neuen Aufgaben in Karlsruhe alles Gute. Für eine Übergangszeit wird Herr Kurz der GSI weiterhin beratend zur Seite stehen.
Der Weggang von Herrn Kurz ist die zweite Veränderung in der Führungsspitze der GSI innerhalb kurzer Zeit. Am 1. August hat Horst Stöcker die Nachfolge von Walter Henning als wissenschaftlicher Geschäftsführer und Vorsitzender des Direktoriums angetreten.
Alexander Kurz, Jahrgang 1961, studierte Rechtswissenschaften in Regensburg und Tübingen. Er promovierte an der Deutschen Hochschule für Verwaltungswissenschaften in Speyer. Von 1989-2000 hatte er verschiedene Positionen am Forschungszentrum Karlruhe inne. Danach wechselte er zum europäischen Kernforschungszentrum CERN nach Genf. Dort war er bis 2005 Leiter der Zentralabteilung Industrielle Dienste. Von 2005 bis 2007 war er kaufmännischer Geschäftsführer der GSI in Darmstadt.
]]>Katarzyna Psonka untersuchte in ihrer Doktorarbeit die Wirkung von Ionenstrahlen auf die DNA-Struktur von Tumorzellen. Dabei untersuchte sie insbesondere Doppelstrangbrüche der DNA, die Voraussetzung zum Absterben eines Tumors sind.
Florian Sommerer beschäftigte sich in seiner Doktorarbeit mit der Weiterentwicklung der so genannten Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Mit dem PET-Verfahren lässt sich die Bestrahlung mit Ionenstrahlen messtechnisch überwachen. Es ist wesentlicher Bestandteil der Qualitätskontrolle dieser Therapieform. Das Verfahren basiert auf der Messung von Strahlung von Positronen, die bei der Behandlung mit Ionenstrahlen entstehen.
An der Beschleunigeranlage der GSI werden seit vielen Jahren Patienten mit Tumoren z. B. im Gehirn mit Ionenstrahlen behandelt. Die Heilungsraten liegen bei über 90 Prozent. Die Nebenwirkungen sind, wenn überhaupt, sehr gering.
Weitere Informationen zum Verein zur Förderung der Tumortherapie mit schweren Ionen finden Sie unter: www-alt.gsi.de/informationen/verein-tuthe/
]]>An EMMI werden 18 neue Professuren eingerichtet, insgesamt werden dort um die 100 Forscherinnen und Forscher der Allianz-Partner aus verschiedenen Fachgebieten tätig sein. Unter einem Dach sollen unterschiedliche Kompetenzen gebündelt werden und in interdisziplinärer Zusammenarbeit die Vielfalt der kosmischen Materie, das heißt die unterschiedlichen Erscheinungsformen von Materie unter extremen Bedingungen von Temperatur und Druck ergründet werden. Dabei werden auch wichtige Ergebnisse zur Theorie und für die Planung der Experimente an der zukünftigen Anlage FAIR erwartet. Das Institut soll weltweit führend auf seinem Gebiet werden.
EMMI ist eine von vier bewilligten Allianzen, die unter mehr als 30 Anträgen ausgewählt wurden. Sie verbindet zwölf Partnerinstitutionen, die zusammen weitere 54 Millionen Euro für die Allianz aufbringen. Die Partner sind neben der GSI, die TU Darmstadt, die Universitäten Frankfurt, Heidelberg und Münster, das Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, das FIAS Frankfurt, das Forschungszentrum Jülich, die Universität Paris VI (Frankreich), die Universität Tokio/RIKEN (Japan), das Lawrence Berkeley National Laboratory (USA) und das Joint Institute for Nuclear Astrophysics (USA). Als assoziierte Partner wurden weltweit führende Wissenschaftler gewonnen, darunter die Physik-Nobelpreisträger Frank Wilczek (2004) und Wolfgang Ketterle (2001). Sprecher der Allianz sind die GSI-Wissenschaftler Professor Peter Braun-Munzinger und Professor Karlheinz Langanke.
]]>An FAIR werden Forscher neue Experimente zur Erforschung der Materie und des Universums durchführen können. "Mit FAIR holen wir die Physik des Universums ins Labor. Das neue internationale Beschleunigerzentrum eröffnet Forscherinnen und Forschern aus aller Welt die Möglichkeit, in neue Dimensionen der Materie, wie zum Beispiel Antimaterie oder heiße Sternmaterie, vorzustoßen", sagt der Wissenschaftliche Geschäftsführer der GSI Horst Stöcker.
So wird es an FAIR möglich sein, Antimaterie zu erforschen. Die Forscher wollen dem Rätsel auf die Spur kommen, warum Antimaterie im Universum, bis auf winzige Reste, kaum vorkommt – und warum die uns bekannte Materie, aus der wir bestehen und die uns umgibt, "bevorzugt" ist.
An der geplanten Anlage wollen Forscher außerdem untersuchen, wie Sterne explodieren und welche Prozesse dabei ablaufen. Denn nach unserer heutigen Vorstellung entstehen bzw. entstanden die chemischen Elemente in gewaltigen Sternexplosionen. Das heißt, alle Materie – auch wir selbst – besteht letztendlich aus Sternenstaub, den Überresten von explodierten Sternen.
An FAIR werden Forscher auch nach neuen Formen von Materie suchen, um auf diese Weise dem Rätsel der dunklen Materie im Universum auf die Spur zu kommen. Denn obwohl diese dunkle Materie mehr als 90 Prozent der Materie des Universums ausmacht, konnte sie noch nicht direkt beobachtet werden.
FAIR steht für "Facility for Antiproton and Ion Research" (Übers.: Anlage für Antiprotonen- und Ionenforschung). FAIR ist eine Beschleunigeranlage, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern wird. Herzstück ist ein Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI Beschleuniger dienen dabei als Vorbeschleuniger.
Den Projektvorschlag für FAIR legte die GSI im Jahr 2001 vor. Er wurde in Zusammenarbeit mit 700 Wissenschaftlern von Hochschulen und Forschungsinstituten aus dem In- und Ausland erarbeitet. Der Wissenschaftsrat begutachtete das Projekt im Auftrag des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und empfahl es zur Förderung. Im Jahr 2003 gab das BMBF grünes Licht für das Projekt unter der Auflage, dass mindestens 25 Prozent der Kosten von internationalen Partnern aufgebracht werden.
Seit dem Jahr 2003 wurden sowohl die wissenschaftlich-technischen als auch die politischen Vorbereitungen für das internationale Beschleunigerzentrum FAIR mit großem Nachdruck und Erfolg vorangetrieben. In die FAIR-Vorbereitungsphase waren die Partnerstaaten über ein "Memorandum of Understanding" eingebunden. Über 2500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem In- und Ausland a rbeiten bereits an der Entwicklung und Planung der neuen Beschleuniger- und Experimentanlagen.
Die internationalen Vorbereitungen mündeten nun in ein Kommuniqué über die gemeinsame Errichtung von FAIR. Die Gesamtkosten für den Bau von FAIR betragen 1,2 Milliarden Euro. Deutschland, das Land Hessen und die 14 weiteren Partnerländer haben sich zunächst auf eine Finanzierung von 940 Millionen Euro für die Startphase verständigt, davon trägt Deutschland 65 Prozent, das Land Hessen 10 Prozent und die anderen Partnerstaaten zusammen 25 Prozent. Die Partnerstaaten sind China, Deutschland inkl. Hessen, Finnland, Frankreich, Georgien, Großbritannien, Indien, Italien, Österreich, Polen, Rumänien, Russland, Schweden, Slowenien, Spanien. Das Projekt kann damit gestartet und der Zeitplan für die Errichtung eingehalten werden. Der Baubeginn ist für den Winter 2008/09, die Fertigstellung für 2015/16 geplant.
]]>Die Teilnehmer des Sommer-Studenten-Programms studieren zum Großteil Physik oder aber benachbarte naturwissenschaftlich-technische Studiengänge. Die Studenten, die bereits ihre Vorprüfungen abgeschlossen haben und sich im Hauptstudium befinden, bekommen eine gute Orientierungshilfe auf ihrer Suche nach einem Fachgebiet und möglichen Studien- oder Diplomarbeiten. Die GSI erhofft sich, Nachwuchs für die Forschung an der bestehenden Beschleunigeranlage und an der zukünftigen Beschleunigeranlage FAIR zu gewinnen, die in internationaler Zusammenarbeit in den nächsten Jahren an der GSI entstehen wird. Etwa 50 Teilnehmer aus den letzten fünf Jahren, das heißt etwa jeder vierte, haben sich anschließend für eine Diplom- oder Doktorarbeit an der GSI oder an ihren Heimatinstituten im Rahmen von Kooperationen mit GSI-Projekten entschieden. Etliche Teilnehmer an früheren Programmen haben inzwischen ihre berufliche Karriere in der Wissenschaft eingeschlagen, bis hin zum Physik-Professor.
Die Teilnehmer am Sommer-Studenten-Programm werden für ihren achtwöchigen Aufenthalt möglichst ihren Wünschen entsprechend auf die verschiedenen Forschungsgruppen an der GSI verteilt. Dort werden sie individuell betreut und können überschaubare Forschungsarbeiten selbstständig durchführen. Das ist zum Beispiel die unmittelbare Teilnahme an Experimenten mit dem Beschleuniger, die Computer-Auswertung von Messdaten, die Eichung von Messgeräten im Labor oder Berechnungen für die Planung und Auslegung von zukünftigen Experimentaufbauten an FAIR. Begleitend zu ihren Arbeiten erhalten sie ein vollständiges Vorlesungsprogramm über die vielfältigen Forschungsgebiete und die Beschleunigerentwicklung an der GSI und für FAIR. Ihre Forschungsarbeiten müssen sie am Ende des Programms in einer Abschlussarbeit präsentieren.
Neben der Forschungstätigkeit bietet das Programm den Studenten die Möglichkeit, untereinander internationale Kontakte zu knüpfen und sich mit anderen gleich gesinnten Studenten auszutauschen. Dies wird unter anderem dadurch gefördert, dass die Studenten gemeinsam in den Gästeunterkünften der GSI untergebracht sind und dass an den Wochenenden gemeinsame Freizeitaktivitäten geplant werden.
Das Sommer-Studenten-Programm der GSI war eines der ersten seiner Art. Dem Beispiel der GSI sind viele gefolgt, inzwischen bieten fast alle Großlabors in Europa ähnliche Programme in den Sommer-Semesterferien an.
Weitere Infos über das Studentenprogramm befinden sich unter Summer Student Program. Dort erscheinen schon demnächst die Bewerbungsinformationen für das nächste Programm im Sommer 2008.
Die am aktuellen Programm teilnehmenden Studenten sind noch bis zum Freitag, den 28. September 2007 an der GSI. Sie haben den Großteil ihrer Arbeit schon hinter sich und verfassen im Moment ihre Abschlussberichte und -präsentationen.
Wenn Sie Interesse an einer weitergehenden Berichterstattung haben, können wir gerne Kontakt zu den Studenten für Interviews und Fotos am Arbeitsplatz herstellen.
Firmenprofil
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Sie ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 1050 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler, denen die GSI ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2015 soll bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ionen Research) für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort erwarten Wissenschaftler Antworten auf grundlegende bisher ungelöste Fragen zum Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums. Weitere Informationen unte: GSI
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Horst Stöcker forscht als Judah M. Eisenberg-Professor Laureatus für Theoretische Physik an der Johann Wolfgang Goethe-Universität in Frankfurt und am Frankfurt Institute for Advanced Studies, FIAS. Hunderte seiner vielzitierten wissenschaftlichen Publikationen in internationalen Fachzeitschriften betreffen unmittelbar die Schwerionen-Forschung bei GSI und FAIR.
Studiert hat Horst Stöcker, der 1952 geboren ist, Physik, Chemie, Mathematik und Philosophie in Frankfurt. Er promovierte dort 1979 bei Walter Greiner. Nach mehrjährigen Forschungsaufenthalten bei GSI und an der University of California in Berkeley, USA, wurde Stöcker 1982 zum Professor für Theoretische Physik an das National Superconducting Cyclotron Laboratory sowie an die Michigan State University, USA, berufen. 1985 folgte er einem weiteren Ruf an die Universität Frankfurt.
Prof. Stöcker ist Fellow des Institute of Physics, London, und Inhaber einer Honorar-Professur an der University for Science and Technology of China (USTC Hefei) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, CAS, sowie Mitglied von zahlreichen wissenschaftlichen Beratergremien großer Beschleunigerzentren weltweit.
Als Direktor und Senior Fellow des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) und der Frankfurt International Graduate School of Sciences (FIGSS) widmet sich Horst Stöcker besonders der Nachwuchsförderung herausragender junger Naturwissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus aller Welt, Doktoranden und Postdocs, die hier in freier Forschung interdisziplinären Fragestellungen der theoretischen Biologie-, Chemie-, Neurowissenschaften und – natürlich – der theoretischen Schwerionen- und Astrophysik nachgehen.
Der scheidende Geschäftsführer Walter Henning beendet Mitte August seine erfolgreiche achtjährige Amtszeit an der GSI. Professor Henning brachte das zukünftige internationale Beschleunigerzentrum FAIR bei GSI auf den Weg, von der Erstellung des Konzepts über die erfolgreiche Begutachtung durch den Wissenschaftsrat bis hin zu den Förderungszusagen durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, den hessischen Staat und die Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren, deren Vizepräsident er viele Jahre lang war. Derzeit laufen die von ihm eingeleiteten Verhandlungen über die Beteiligungen der ausländischen Partner an FAIR.
Walter Henning wird ab September am Argonne National Laboratory bei Chicago für die Planung des neuen amerikanischen Beschleunigers zur Erforschung seltener Atomkerne verantwortlich sein. Seine reiche Erfahrung und sein breites Wissen zu diesen Themen werden der GSI fehlen. Die offizielle Verabschiedung findet im Rahmen einer Festveranstaltung im Oktober statt.
Firmenprofil
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Sie ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 1050 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler, denen die GSI ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2015 soll bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR (Facility for Antiproton and Ionen Research) für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort erwarten Wissenschaftler Antworten auf grundlegende bisher ungelöste Fragen zum Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums. Weitere Informationen unter: GSI
]]>Die beiden Forscher entwickelten neuartige Methoden zur Bestrahlungsplanung und -überwachung für die Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Vorteil dieser neuen Behandlungsmethode ist die gezielte Wirkung der Ionenstrahlung in der Tiefe des Körpers und somit direkt im Tumor. Umliegendes gesundes Gewebe wird so weitestgehend geschont.
Über 350 Patienten mit Tumoren im Kopf- und Halsbereich wurden bisher an der Beschleunigeranlage der GSI behandelt. Die Heilungsraten sind sehr hoch. Sie liegen – je nach Art des Tumors – zwischen 75 und 90 Prozent.
Dr. Dieter Schardt hat die physikalischen Prozesse beim Eindringen des Ionenstrahls in den Körper des Patienten und ins Tumorgewebe untersucht. Seine präzisen Messungen bilden die Grundlage für die Bestrahlungsplanung bei der Tumortherapie mit Ionen. Professor Wolfgang Enghardt entwickelte ein neuartiges Verfahren zur Überwachung der Eindringtiefe der Ionen mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie.
Der Preis ist mit 5.000 Euro dotiert. Er wird von der IBA Group gestiftet und alle zwei Jahre durch die European Physical Society (EPS) verliehen.
Firmenprofil
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Sie ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 1050 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler, denen die GSI ihrer Aufgabe entsprechend den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2015 soll bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort erwarten Wissenschaftler Antworten auf grundlegende bisher ungelöste Fragen zum Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums. Weitere Informationen unter: GSI
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Ein internationales Forscherteam um Professor Sigurd Hofmann hatte das Element 111 im Jahr 1994 erstmals nachgewiesen. Damals wurden in Experimenten an der Beschleunigeranlage der GSI drei einzelne Atome des neuen Elements beobachtet. In weiteren Experimenten an der GSI und im Beschleunigerlabor RIKEN in Japan konnten seitdem weitere Atome des Elements 111 nachgewiesen werden, die die Entdeckung zweifelsfrei bestätigten.
Daraufhin hat der internationale Chemikerverband IUPAC* im Jahr 2003 das Element 111 offiziell anerkannt und die GSI als Erstentdecker aufgefordert einen Namensvorschlag zu machen. Im Jahr 2004 wurde der Name Roentgenium mit dem chemischen Symbol Rg akzeptiert. Heute, fast auf den Tag genau 111 Jahre nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen, wurde das Element 111 auf den Namen Roentgenium getauft. Roentgenium ist zurzeit das schwerste offiziell anerkannte chemische Element. Es ist 272-mal schwerer als Wasserstoff.
Das neue Element wurde von Bundesministerin Annette Schavan getauft. "Mit dieser wissenschaftlichen Leistung hat die GSI erneut und eindrucksvoll ihre internationale Spitzenstellung im Bereich der physikalischen Grundlagenforschung unter Beweis gestellt", sagte Schavan zur Entdeckung des Elements 111.
Die Taufe des neuen Elements vollzog Ministerin Schavan, indem sie Roentgenium, symbolisiert durch einen Würfel mit der Aufschrift Rg, an die noch vakante 111. Stelle in ein großes - als Hintergrund aufgebautes - Periodensystem der Elemente einsetzte. Musikalisch eingestimmt wurden die Besucher durch das Lied "The Elements" gesungen von Tom Lehrer nach einer Musik von Sir Arthur Sullivan. In dem Lied werden in schneller Abfolge die Namen der über hundert chemischen Elemente vorgetragen. Zeitgleich dazu lief ein Trickfilm ab, in dem sich passend zum Text - Element für Element - das Periodensystem aufbaute.
Wilhelm Conrad Röntgen, der Namensgeber für das neue Element, entdeckte die nach ihm benannten Strahlen im November 1895 an der Universität Würzburg. Er erhielt dafür 1901 den ersten Nobelpreis für Physik überhaupt. Wie wir heute wissen, entstehen Röntgenstrahlen durch atomare Prozesse. Ihre Entdeckung markiert den Beginn der Erforschung der atomaren Struktur unserer Materie.
Die Struktur der Materie erforschen, diesem Ziel haben sich über tausend Forscher aus aller Welt verpflichtet, die jährlich an der Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen an der GSI experimentieren. Die Entdeckung und Untersuchung neuer Elemente ist dabei nur ein, gleichwohl bedeutendes Forschungsfeld im wissenschaftlichen Programm der GSI.
Um das Element 111 herzustellen, müssen die Forscher einen Atomkern erzeugen, der aus 111 Protonen besteht. Denn aus der Anzahl der Protonen ergibt sich die Elementnummer, die so genannte Ordnungszahl. Deshalb verwendeten die Forscher bei der GSI die zwei Elemente Nickel und Bismut (früher: Wismut), die zusammen genommen 111 Protonen besitzen. Mit dem 120 Meter langen Ionenbeschleuniger der GSI beschleunigten sie elektrisch geladene Nickel-Atome, kurz Nickel-Ionen, auf hohe Geschwindigkeiten, etwa 30.000 Kilometer pro Sekunde. Die Nickel-Ionen schossen sie auf eine dünne Folie aus Bismut. Durch die hohe Geschwindigkeit wird die Abstoßung zwischen den Atomkernen der beiden Elemente überwunden und sie können zu einem Atom des Elements 111 verschmelzen. Dies geschieht allerdings extrem selten. Es entsteht im Mittel nur ein Atom Roentgenium in einer knappen Woche. Insgesamt konnte die GSI bisher sechs Atome des Elements Roentgenium herstellen.
Roentgenium ist nicht stabil. Es zerfällt nach wenigen tausendstel Sekunden und wandelt sich über radioaktiven Zerfall in mehreren Stufen in andere leichtere Elemente um. Dabei sendet es jeweils ein Alpha-Teilchen aus. Mit einem empfindlichen Nachweis-Detektorsystem können die Forscher diese ausgesandten Alpha-Teilchen exakt vermessen und erst somit das neue Element eindeutig identifizieren.
Die Wissenschaftler an der GSI möchten herausfinden, welches das schwerste Element überhaupt ist und wo das Periodensystem endet. So können sie grundlegende Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Entstehung des Lebens gewinnen.
Die chemischen Elemente sind die Bausteine aller Stoffe und die Grundlage für unser Leben. Im Universum begann die Entstehung der chemischen Elemente vor über zehn Milliarden Jahren. Sie vollzieht sich seither im Inneren von Sternen und in gewaltigen Sternexplosionen. So verdanken auch wir Menschen unsere Existenz den Elementen, die in früheren Generationen von Sternen geschaffen wurden. Denn wie alle Materie um uns herum, so stammt auch jedes Atom unseres eigenen Körpers aus Sternenstaub und wurde in früheren Sterngenerationen geschaffen.
*IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry: www.iupac.org
Taufe des Elements 111 - Roentgenium
Freitag, den 17. November 2006
Besichtigung des Beschleunigerrings u.a.
Ministerin, Geschäftsführer GSI und Presse
Begrüßung
Grußansprache
Annette Schavan, Bundesministerin für Bildung und Forschung
Grußwort
Jochen Partsch, Stadtrat der Wissenschaftsstadt Darmstadt
Taufe des Elements Roentgenium
Musikalisches und filmisches Zwischenspiel zum Periodensystem "The Elements"
Element-Taufe durch Annette Schavan
Festvorträge
Das neue Element 111
Sigurd Hofmann, Leiter des Schwere Elemente Programms der GSI
Röntgens Ingenium „Ich dachte nicht, ich untersuchte!“
Albrecht Fölsing, Röntgen-Biograph
anschließend Empfang im Foyer der GSI
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Sie ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 1050 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler, denen die GSI ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von neuen chemischen Elementen und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2015 soll bei GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort erwarten Wissenschaftler Antworten auf grundlegende bisher ungelöste Fragen zum Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums. Weitere Informationen unter: www-dev.gsi.de
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Die Besucher sind eingeladen auf drei verschiedenen Rundgängen - den "Entdeckungsreisen" Alpha, Beta und Gamma - die GSI zu erkunden. Zu sehen sind z.B. der Linearbeschleuniger, einer der beiden Beschleunigerringe sowie der Hauptkontrollraum. Viele Experimentierplätze, darunter alle Großexperimente und der Experimentierplatz, an dem sechs neue Elemente – unter anderem Darmstadtium – entdeckt wurden, können ebenfalls besichtigt werden.
Darüber hinaus können sich die Besucher über die zwei großen Beschleunigeranlagen informieren, die unter maßgeblicher Beteiligung der GSI geplant und gebaut werden.
Dies ist zum einen HIT, eine speziell für die Krebstherapie mit Ionenstrahlen ausgelegte Beschleunigeranlage. Sie befindet sich zurzeit am Universitätsklinikum Heidelberg im Bau. Dort wird ab dem nächsten Jahr die an der GSI entwickelte Therapieform im Routinebetrieb möglich sein, um eine breite Patientenversorgung zu gewährleisten.
Zum anderen ist dies das große internationale Beschleunigerzentrum FAIR. Eine Anlage für die Grundlagenforschung – eines der größten Forschungsprojekte Europas –, die bis 2015 an der GSI entstehen wird. Zu den Vorhaben gibt es ein Informationsforum, auf dem sich die Besucher über den aktuellen Stand informieren können. Ein Modell von FAIR im Maßstab 1:500 wird dort erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.
An insgesamt über 20 Stationen bieten GSI-Forscher und -Mitarbeiter Führungen an und stehen den Besuchern für Fragen und Diskussionen zur Verfügung. Zusätzlich zu den Besichtigungen bieten GSI-Forscher Vorträge über zentrale Themen der GSI an: das geplante Forschungszentrum FAIR, die Erforschung neuer Elemente und Atome, die Krebstherapie mit Ionenstrahlen und neueste Entwicklungen in der Informationstechnologie.
Die Besucher können an einem Wissens-Quiz mit attraktiven Preisen teilnehmen. Der erste Preis ist ein Rundflug über die GSI, die weiteren Preise sind GSI-Fanartikel aus dem für den Tag der offenen Tür neu eröffneten GSI-Shop. Für das leibliche Wohl wird im Festzelt "Zum schnellen Ioni" und an der Cafebar "Quark-Teilchen" gesorgt.
Der Tag der offenen Tür findet am Sonntag, den 10. September 2006 von 10 17 Uhr statt. Die GSI liegt in der Planckstraße 1 in 64291 Darmstadt-Wixhausen. Alle Informationen über den Tag der offenen Tür inklusive einer ausführlichen Anfahrtsbeschreibung befinden sich im Internet unter: www-dev.gsi.de/tdot
Die GSI betreibt eine große, weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Forscher aus aller Welt nutzen die Anlage für Experimente, durch die sie neue und faszinierende Entdeckungen in der Grundlagenforschung machen. Darüber hinaus entwickeln sie immer wieder neue und eindrucksvolle Anwendungen. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen, darunter das Darmstadtium, und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. In den nächsten Jahren wird an der GSI das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR entstehen, eines der größten Forschungsprojekte Europas. An ihm wird eine nie dagewesene Vielfalt an Experimenten möglich sein, durch die Physiker neue Einblicke in die Struktur der Materie und die Evolution des Universums erwarten.
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Zentrale Aufgabe des zukünftigen Beschleunigerzentrums FAIR ist es, Teilchenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität zu liefern. Die Intensität eines Teilchenstrahls ergibt sich aus der Anzahl beschleunigter Teilchen pro Zeiteinheit (z.B.: pro Sekunde). Grundvoraussetzung, um höchste Strahlintensitäten mit FAIR zu erreichen, ist das Umstellen der existierenden GSI Beschleuniger in einen neuen Betriebsmodus, in dem sie in Zukunft als Vorbeschleuniger für FAIR eingesetzt werden.
Aufgrund der erfolgreichen Tests während der letzten Betriebsperiode wird es nun möglich sein, Ionenstrahlen mit einer Taktrate von 1 Hertz (Hz) zu erzeugen. Das heißt, einmal pro Sekunde kann ein Teilchenpaket, bestehend aus etwa 4 Milliarden Teilchen, beschleunigt und zu Experimentierstationen geliefert werden. Dies bedeutet eine Intensitätserhöhung um mehr als den Faktor 3 im Vergleich zu der bisher möglichen Taktrate von 0,3 Hz (bzw. einem Teilchenpaket in etwas mehr als 3 Sekunden).
Im endgültigen Betriebsmodus als Vorbeschleuniger für FAIR müssen Teilchenpakete aus 200 Milliarden Teilchen mit einer Taktrate von bis zu 4 Hz beschleunigt werden. Dieser Schritt ist für 2010 geplant. Bis dahin müssen weitere Ein- und Umbauten am Netzanschluss und Beschleuniger vorgenommen werden.
Die vorhandene Beschleunigeranlage der GSI besteht in der letzten Stufe aus einem Ringbeschleuniger des Typs Synchrotron. Nur mit dem neuen Netzanschluss ist es möglich, das Synchrotron letztlich in dem Betriebsmodus mit erhöhter Taktrate zu fahren. Dies liegt daran, dass das Synchrotron u.a. mit Elektromagneten betrieben wird. Diese Magnete können Magnetfeldstärken von bis zu 1,8 Tesla (T) erreichen. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Permanentmagnet, der z.B. für Magnettafeln benutzt wird, hat eine Magnetfeldstärke von nur einigen tausendstel Tesla (mT). Wenn die Elektromagnete des Synchrotrons mehrfach pro Sekunde hoch und runter gefahren werden, bedeutet dies innerhalb kürzester Zeit eine starke elektrische Leistungsaufnahme beim Hochfahren und einen großen Leistungsrückfluss beim Runterfahren. Der neue Netzanschluss stellt sicher, dass diese Anforderungen erfüllt werden, und verhindert gleichzeitig Rückwirkungen auf das öffentliche Stromnetz.
Die anvisierten hohen Strahlintensitäten von FAIR sollen es ermöglichen, neue Phänomene und Effekte in den Naturgesetzen zu finden. Denn je höher die Strahlintensität, desto größer wird die Wahrscheinlichkeit, dass ein unbekanntes Phänomen auftritt bzw. ein kleiner Effekt zu beobachten ist. Forscher aus aller Welt erwarten dadurch neue Erkenntnisse im Aufbau der Materie und der Evolution des Universums.
Mit dem Bau des neuen Netzanschlusses an der HSE-Umspannanlage Leonhardstanne wurde im November 2004 begonnen. Er konnte planmäßig nach gut eineinhalb Jahren Bauzeit in Betrieb genommen werden. Die Auslegung des Netzanschlusses ist so konzipiert, dass er für den späteren Betrieb von FAIR geeignet ist. Die Konzeption, Planung und Ausführung des Netzanschlusses wurden gemeinsam von HSE (HEAG Südhessische Energie AG), RWE Power AG und RWE Transportnetz Strom in Zusammenarbeit mit der GSI durchgeführt. Die Maßnahmen wurden durch umfangreiche Berechnungen der Universität Dortmund unterstützt.
]]>Ziel des Schülerlabors ist es, einerseits als außerschulischer Lernort die Möglichkeit des naturwissenschaftlichen Unterrichts auf einem Gebiet zu erweitern, für das in der Regel keine vergleichbaren Angebote an Schulen existieren. Dies liegt am hohen technischen Aufwand und auch an den hohen Kosten für die notwendigen experimentellen Einrichtungen. Andererseits sollen die Schüler in moderne Experimentiermethoden der Kern- und Elementarteilchenphysik eingeführt werden. Die GSI erhofft sich damit, das Interesse der Schüler an experimenteller Forschung, wie sie an der GSI betrieben wird, nachhaltig zu steigern und somit den naturwissenschaftlichen Nachwuchs zu fördern. Dies ist besonders im Hinblick auf das zukünftige internationale Beschleunigerzentrum FAIR, das in den nächsten Jahren an der GSI entstehen wird, von großer Bedeutung.
Das Schülerlabor hat während der hessischen Schulzeiten zweimal in der Woche immer dienstags und donnerstags geöffnet. Die Schulklassen werden von GSI-Mitarbeitern und von zwei Lehrkräften betreut, die jeweils mit ihrem halben Lehrdeputat vom Hessischen Kultusministerium freigestellt sind, die andere Hälfte weiterhin in ihren Schulen unterrichten: Dr. Axel Gruppe vom Lessing-Gymnasium in Frankfurt und Torsten Gürges von der Heinrich-Heine-Schule in Sprendlingen.
Das Schülerlabor richtet sich, abgestuft in verschiedenen Schwierigkeitsgraden, an Schulklassen der Gymnasialen Oberstufe und der 10. Klasse an Gymnasium und Realschule. Die angebotenen Versuche und die damit verbundenen Aufgabenstellungen sind mit dem Lehrplan für hessische Schulen abgestimmt. Der Besuch des Schülerlabors kann und soll somit in den Schulunterricht eingebettet werden, indem die Vor- und Nachbereitungen im Schulunterricht vorgenommen werden. Jeder Besuchstag im Schülerlabor ist mit einer Besichtigung der GSI-Beschleuniger- und Forschungsanlagen verbunden. Dort sehen die Schüler die Messtechniken, mit denen sie selbst experimentiert haben, im großen Maßstab im Einsatz für die Grundlagenforschung wieder.
"Der Tag im Schülerlabor erzielt den gleichen Lernerfolg wie fünf Wochen Unterricht“, sagte Herr Eisfeld, Physik-Lehrer der Lahntalschule in Lahnau einige Wochen nach seinem Besuch mit seiner 10ten Klasse.
Neben dem Angebot für Schulklassen wird das Schülerlabor für Lehrerfortbildungen genutzt. Diese sind über das Institut für Qualitätsentwicklung (IQ) des Hessischen Kultusministeriums als offiziell akkreditierte Lehrerfortbildungen anerkannt. Außerhalb der regulären Besuchszeiten wird das Schülerlabor von Schülerpraktikanten und im Rahmen von Sonderveranstaltungen wie Girls' day oder Mädchen-Schnuppertage genutzt.
Das Angebot des Schülerlabors wird im nächsten Schuljahr um einen Versuch zur so genannten Rutherford-Streuung erweitert. Dies ist die Grundlage von Experimenten an Beschleunigern zur Untersuchung des Aufbaus der Materie.
Das Schülerlabor der GSI ist eines der Schülerlabore der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren. Es wurde von der Hessischen Kultusministerin Karin Wolff am 27. September 2004 eröffnet. Bisher betragen die Kosten für das Schülerlabor etwa 500.000 Euro. Es wurde aus Mitteln des so genannten Impuls-Fonds der Helmholtz-Gemeinschaft mit 380.000 Euro gefördert.
Weitere Informationen über das Schülerlabor wie die Experimente, das pädagogische Konzept, Anmeldungsmöglichkeiten usw. befinden sich unter: Schülerlabor der GSI
]]>Der beschlossene Bebauungsplan für FAIR umfasst eine Fläche von 68 ha östlich der bestehenden GSI in Darmstadt-Wixhausen. Die darin vorgesehene bebaubare Fläche beträgt 11,7 ha. Während der Bauphase werden zwischenzeitlich bis zu 20,85 ha Wald gerodet. Davon werden anschließend 15,5 ha auf dem Gelände selbst wieder aufgeforstet werden. Für die verbliebenen 5,35 ha sind Ersatzaufforstungen außerhalb des Geländes schon festgelegt und genehmigt. Bestandteil des Kompensationskonzeptes sind neben den Ersatzaufforstungen vor allem Maßnahmen zur ökologischen Aufwertung von bestehenden Wald- und Grünflächen sowie Dach- und Fassadenbegrünung der FAIR-Gebäude.
Die Kosten für die Errichtung von FAIR betragen etwa eine Milliarde Euro. Das BMBF hat Ende Februar beschlossen, seinen Anteil von 65 Prozent im Bundeshaushalt sicherzustellen (Pressemitteilung des BMBF vom 22.2.06 / Nr.29). Neben dem Land Hessen, das 10 Prozent übernehmen wird, verhandeln zurzeit elf weitere Länder über ihren finanziellen Anteil an FAIR. Die Verhandlungen sollen dieses Jahr abgeschlossen werden.
Die Partnerländer werden ihren Finanzierungsbeitrag auf Basis detaillierter technischer Spezifikationen für den Bau festlegen können. Die GSI erarbeitet zurzeit den "FAIR Baseline Technical Report". Er beinhaltet sowohl die Spezifikationen für den Bau der Beschleunigeranlage und der Experimentaufbauten als auch für den Bau der Gebäude. Der Report wird in den nächsten Wochen fertig gestellt werden.
FAIR ist eine Beschleunigeranlage für die Forschung mit Antiprotonen- und Ionenstrahlen. Herzstück ist ein Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen dabei als Vorbeschleuniger. FAIR wird Ionen- und Antiprotonenstrahlen in bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Damit werden neue Experimente möglich, die unser Verständnis von der Entwicklung des Universums und dem Aufbau der Materie weiter voranbringen. Die Kosten zur Errichtung von FAIR betragen etwa eine Milliarde Euro. FAIR wird rund 2.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland einzigartige Forschungsmöglichkeiten bieten
Zum Besuchsprogramm gehörte auch die Besichtigung des Behandlungsplatzes zur Krebstherapie mit Ionenstrahlen, die an der GSI entwickelt wurde und seit einigen Jahren erfolgreich eingesetzt wird. Für diese neue Form der Krebstherapie hat die GSI inzwischen eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage für den klinischen Routinebetrieb entwickelt. Die Rhön-Klinikum AG, seit kurzem Betreiber des Universitätsklinikums Gießen und Marburg, wird bis 2012 die erste derartige Anlage in Hessen und eine der ersten weltweit errichten.
FAIR ist ein Beschleunigerkomplex, dessen Herzstück ein großer Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang ist. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen dabei als Vorbeschleuniger. FAIR wird Ionen- und Antiprotonenstrahlen in bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Damit werden neue Experimente möglich, die unser Verständnis von der Entwicklung des Universums und dem Aufbau der Materie weiter voranbringen. Die Kosten zur Errichtung von FAIR betragen etwa eine Milliarde Euro. FAIR wird rund 2.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland einzigartige Forschungsmöglichkeiten bieten.
]]>"Diese Bundesregierung wird so viel für Forschung und Entwicklung tun wie keine Bundesregierung vor ihr“, sagte Storm. Um 6 Milliarden Euro will die Bundesregierung ihre Ausgaben für Forschung und Entwicklung in dieser Legislaturperiode steigern, kündigte der Staatssekretär an. Das Geld sollte vor allem für zukunftsträchtige Technologien ausgegeben werden.
"Die Bundesregierung wird den Bau der beschlossenen Großgeräte, wie zum Beispiel FAIR bei der GSI in Darmstadt, auf eine sichere finanzielle Basis stellen", bekräftigte Storm.
FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) ist eine Anlage für die Forschung mit Strahlen von Antiprotonen und Ionen. Die Kosten zur Errichtung der Anlage betragen etwa eine Milliarde Euro. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat nach einer Begutachtung durch den Wissenschaftsrat im Jahr 2003 eine Förderung unter der Voraussetzung zugesagt, dass mindestens 25 Prozent von europäischen Partnern beigetragen werden.
Bis jetzt haben zwölf Länder ein "Memorandum of Understanding" unterzeichnet und ihre Absicht erklärt, gemeinsam die Anlage FAIR an der GSI in Darmstadt zu bauen und zu betreiben: China, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Indien, Italien, Polen, Russland, Schweden und Spanien.
Der Wissenschaftliche Geschäftsführer der GSI, Professor Dr. Walter F. Henning, zeigte sich erfreut über die Zusage des Ministeriums. "Wir sehen dies als Verpflichtung an, die in uns gestellten Erwartungen zu erfüllen. Mit FAIR wollen wir eine internationale Spitzenstellung in der Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen auf Jahrzehnte hinaus einnehmen. Für unsere Erkenntnis vom Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums erwarten wir mit FAIR entscheidende Fortschritte. Hunderten Diplomanden und Doktoranden wollen wir an FAIR exzellente Ausbildungsmöglichkeiten bieten."
Zur Realisierung von FAIR müssen neue Technologien entwickelt werden. Ein wesentlicher Bestandteil ist zum Beispiel die Entwicklung von leistungsstarken, pulsierenden supraleitenden Magneten, die für den Beschleunigerbetrieb besonders schnell an- und abgeschaltet werden müssen.
Der Staatssekretär besichtigte den dafür kürzlich fertig gestellten Magnet-Teststand. An ihm können Neu- und Prototypentwicklungen verschiedener Magnete für FAIR betrieben werden, um eine spätere Serienfertigung zu ermöglichen. Insgesamt werden über tausend Magnete von bis zu einigen Metern Länge und mehreren Tonnen Gewicht für die Beschleuniger von FAIR benötigt.
Außerdem besuchte der Staatssekretär einen weiteren Teststand, an dem zurzeit sechs Magnete für den Einsatz in der klinischen Beschleunigeranlage überprüft werden, die ab 2007 den Betrieb für Krebstherapie mit Ionenstrahlen in Heidelberg aufnehmen soll.
Die Krebstherapie mit Ionenstrahlen ist an der GSI nach langjährigen Forschungsarbeiten aufgebaut worden und wird seit 1997 mit großem Erfolg eingesetzt. Inzwischen hat die GSI eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage für den klinischen Routinebetrieb entwickelt. Diese wird zurzeit am Universitätsklinikum in Heidelberg aufgebaut und ab 2007 den ersten Patienten zur Verfügung stehen. Pro Jahr werden dort über 1000 Patienten behandelt werden können.
Darüber hinaus hat die GSI einen Kooperationsvertrag mit Siemens geschlossen mit dem Ziel, dass Siemens klinische Beschleunigeranlagen für Protonen- und Ionentherapie schlüsselfertig auf dem Weltmarkt anbieten kann.
Die an der GSI entwickelte Krebstherapie mit Ionenstrahlen ist ein besonders markantes Beispiel für den gelungenen Transfer von Grundlagenforschung in eine neue zukunftsweisende industrielle Anwendung.
FAIR ist ein Beschleunigerkomplex, dessen Herzstück ein großer Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang ist. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen dabei als Vorbeschleuniger. FAIR wird Ionen- und Antiprotonenstrahlen in bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Damit werden neue Experimente möglich, die unser Verständnis von der Entwicklung des Universums und dem Aufbau der Materie weiter voranbringen. Die Kosten zur Errichtung von FAIR betragen etwa eine Milliarde Euro. FAIR wird rund 2.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland einzigartige Forschungsmöglichkeiten bieten.
]]>Krebstherapie mit Ionenstrahlen wird an der Beschleunigeranlage der GSI mit einem einzigartigen Verfahren, das eine hochpräzise tumorkonforme Bestrahlung ermöglicht, seit 1997 erfolgreich eingesetzt. Über 300 Patienten sind seitdem mit großem Erfolg behandelt worden. Die Heilungsrate liegt je nach Tumorart zwischen 80 und 100 Prozent. Nebenwirkungen treten nur in wenigen Fällen auf und sind äußerst gering. Neben der GSI gibt es weltweit nur noch in Japan die Möglichkeit Patienten mit Ionenstrahlen zu behandeln.
Um eine breitere Patientenversorgung zu ermöglichen hat die GSI eine maßgeschneiderte Beschleunigeranlage für die Therapie entwickelt. Sie wird zurzeit an der Radiologischen Universitätsklinik in Heidelberg aufgebaut und soll 2007 in Betrieb gehen.
Mit Siemens Medical Solutions hat die GSI vor zwei Jahren einen Kooperationsvertrag geschlossen. Er ermöglicht es, dass Siemens mit Know-how der GSI schlüsselfertige Beschleunigeranlagen für die Therapie mit Protonen- und Ionenstrahlen auf dem Weltmarkt anbieten wird.
Weitere ähnliche Vorhaben befinden sich zurzeit in der Entwicklung wie zum Beispiel in München, Pavia in Italien, Caen und Lyon in Frankreich, Wiener Neustadt in Österreich oder Stockholm in Schweden.
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Insgesamt wollen nunmehr zwölf Länder gemeinsam die Anlage FAIR an der GSI in Darmstadt realisieren: China, Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Indien, Italien, Polen, Russland, Schweden und Spanien.
Mit der Absichtserklärung, dem "Memorandum of Understanding", haben sich die Unterzeichner-Länder im Wesentlichen zwei Ziele gesetzt: Zum einen eine Organisations- und Finanzierungsstruktur zur Durchführung des Projekts zu entwickeln. Zum anderen einen detaillierten Zeit- und Kostenplan für die technische Realisierung zu erarbeiten.
Für die Realisierung von FAIR sollen mindestens 25 Prozent der benötigten Finanzmittel aus dem Ausland beigesteuert werden. An diese Auflage war die Förderzusage des Bundesministeriums für Bildung und Forschung für das FAIR-Vorhaben im Februar 2003 geknüpft. Im Laufe des nächsten Jahres sollen die vertraglichen Vereinbarungen über Art und Umfang der Beteiligung der Partnerländer geschlossen werden.
Mit Universitäten und Forschungszentren in China und Indien pflegt die GSI seit Jahrzehnten eine intensive Zusammenarbeit in der Forschung mit Ionenstrahlen. Bereits in den 1980er Jahren absolvierten die ersten chinesischen und indischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Forschungsaufenthalte an der GSI. Seitdem bestehen enge Kooperationen mit beiden Ländern. Am Institute of Modern Physics (IMP) in Lanzhou / China wurde mit Unterstützung der GSI eine Beschleunigeranlage gebaut, die zurzeit in Betrieb genommen wird.
Die Beteiligung von China und Indien an FAIR ist eine konsequente Weiterführung der langjährigen Zusammenarbeit mit der GSI. Die Beteiligung der beiden Länder dokumentiert die über Europa hinausgehende internationale Ausstrahlung des Vorhabens.
FAIR ist ein Beschleunigerkomplex, dessen Herzstück ein großer Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang ist. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen dabei als Vorbeschleuniger. FAIR wird Ionen- und Antiprotonenstrahlen in bisher unerreichter Intensität und Qualität liefern. Damit werden neue Experimente möglich, die unser Verständnis von der Entwicklung des Universums und dem Aufbau der Materie weit voranbringen. Die Gesamtkosten für FAIR betragen circa 980 Mio. Euro. FAIR wird rund 2.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland einzigartige Forschungsmöglichkeiten bieten.
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Trotz steigender Zahlen ist der Frauenanteil in der Physik noch immer sehr gering. Nur etwa 14 Prozent der Absolventinnen sind Frauen. An der Spitze der Karriereleiter ist die Situation noch dramatischer. Nicht einmal fünfzig Professorinnen gibt es unter den bundesweit rund 1100 Universitäts-Professoren, das sind gerade mal 4 Prozent. Deutschland gehört damit international zu den Schlusslichtern. Die Öffentlichkeit nimmt selbst von herausragenden Forscherinnen kaum Notiz. Dokumentiert wird das durch die Ausstellung im Rahmenprogramm „Von der Antike bis zur Neuzeit – der verleugnete Anteil der Frauen an der Physik“.
Das Programm der Tagung bietet ein physikalisches Spektrum, das von Teilchenphysik bis hin zur Physik der Atmosphäre reicht. Darüber hinaus gibt es soziologische Vorträge über den weiblichen Nachwuchs in Naturwissenschaften sowie Vorträge über Berufsperspektiven für Physikerinnen. Im Mittelpunkt stehen die wissenschaftliche Diskussion und der Erfahrungsaustausch. Ein weiteres Anliegen der Tagung ist es Netzwerke aufzubauen und Vorbilder zu schaffen, die dazu beitragen, die Gleichberechtigung von Frauen durchzusetzen und damit das Studium und den Beruf für Frauen attraktiver zu machen.
Den Auftakt macht der Eröffnungsvortrag von Prof. Dr. Caren Hagner von der Universität Hamburg über die „Höhepunkte der Neutrinophysik“. Frau Hagner ist verantwortliche Wissenschaftlerin bei OPERA – zurzeit eines der wichtigsten Neutrino-Experimente - und hat hochkarätige Beiträge geleistet zu dem Nachweis, dass Neutrinos eine Masse besitzen. Eines der meist beachteten physikalischen Ergebnisse der vergangenen Jahre.
Höhepunkte der Tagung sind die Vorträge von Prof. Dr. Mildred Dresselhaus über Kohlenstoff-Nanoröhren und Auszüge aus ihrem Leben. Frau Dresselhaus ist Professorin für Physik und Elektrotechnik am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und trägt den Titel „Institute Professor“, der bisher nur einem Dutzend Professoren verliehen wurde. Außerdem war sie Präsidentin der „American Physical Society“ und Direktorin des wissenschaftlichen Büros des US-Energieministeriums unter Präsident Clinton.
Der humoristische Höhepunkt der Tagung ist der Auftritt des Kabarettisten Vince Ebert bei der Eröffnungsveranstaltung. Er zeigt Auszüge aus seinem erfolgreichen Programm „Urknaller – Physik ist sexy“.
Die Tagung steht unter der Schirmherrschaft der Bundesministerin für Bildung und Forschung Edelgard Bulmahn und wird vom „Hedwig Kohn-Verein zur Förderung von Frauen und Mädchen in der Physik“ veranstaltet.
Die Technische Universität Darmstadt (TUD) bietet in einem breiten Fächerkanon aus Ingenieur-, Natur-, Geistes- und Sozialwissenschaften exzellente Forschung auf höchstem Niveau. Ein Anteil von 18 Prozent ausländischen Studierenden sowie Kooperationen mit mehr als 65 Partneruniversitäten unterstreichen die Internationalität in Forschung und Lehre. Interdisziplinarität ist selbstverständlich. Professoren und Studierende verschiedener Fachbereiche arbeiten in Sonderforschungsbereichen, Graduiertenkollegs und Forschergruppen zusammen, zum Beispiel im Zentrum für Interdisziplinäre Technikforschung, dem Forschungszentrum Computational Engineering sowie dem Biotechnik-Zentrum Darmstadt. Seit Januar 2005 ist die TUD die erste autonome Universität Deutschlands. Dadurch hat sie weit reichende Handlungsspielräume bei der Personalauswahl einschließlich der Berufung von Professoren. Unter den aktuell 279 Professoren sind 26 Frauen. Bei den wissenschaftlichen Mitarbeitern machen die Frauen 22,33 Prozent aus. Der Frauenanteil an Studierenden im Fachbereich Physik lag im Wintersemester 2004/2005 bei 20,7 Prozent, hochschulweit bei 29,3 Prozent. Zur Erhöhung des Frauenanteils traf die TUD Zielvereinbarungen mit dem Land Hessen. Schnuppertage für Schülerinnen, ein „Mentorinnen-Netzwerk für Studentinnen der Natur- und Ingenieurwissenschaften“ und „FemTec.Network“, ein Programm zur Vorbereitung von Studentinnen auf Fach- und Führungstätigkeiten, sind weitere Bausteine der Frauenförderung.
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 850 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler denen die GSI, ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen mit den Ordnungszahlen 107 - 112 und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. In den nächsten Jahren soll bei GSI ein neues internationales Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort sollen grundlegende bisher ungelöste Fragen vom Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums beantwortet werden.
]]>Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Großbritannien, Italien, Polen, Russland, Schweden und Spanien haben das Memorandum of Understanding für FAIR unterzeichnet. Daneben haben China, Indien, Ungarn und die USA einen so genannten Beobachterstatus. Es ist wahrscheinlich, dass sich diese und noch weitere Länder an FAIR beteiligen werden.
Mit dem Memorandum of Understanding haben sich die Unterzeichner-Länder im Wesentlichen zwei Ziele gesetzt: Zum einen eine Organisations- und Finanzierungsstruktur zur Durchführung des Projekts zu entwickeln, zum anderen einen detaillierten Zeit- und Kostenplan für die technische Realisierung zu erarbeiten. Dies soll bis Ende 2005 geschehen. 2006 sollen dann vertragliche Vereinbarungen über Art und Umfang der Beteiligung der Partnerländer am Bau des neuen internationalen Beschleunigerzentrums geschlossen werden.
Staatssekretär Catenhusen erklärte dazu heute: "Die heute vorgelegte Vereinbarung ist ein wichtiger Schritt für den FAIR-Beschleuniger. Nun kommt es darauf an, dass gemeinsam ein Projektkonzept entwickelt wird, das allen Beteiligten gerecht wird."
FAIR ist ein Beschleunigerkomplex, dessen Herzstück ein großer Doppelringbeschleuniger mit 1100 Metern Umfang ist. An diesen schließt sich ein komplexes System von Speicherringen und Experimentierstationen an. Die bereits existierenden GSI-Beschleuniger dienen dabei als Vorbeschleuniger. FAIR wird Ionen- und Antiprotonenstrahlen in bisher unerreichter Intensitätund Qualität liefern. Damit werden neue Experimente möglich, die unser Verständnis von der Entwicklung des Universums und dem Aufbau der Materieweit voranbringen. Das gesamte Investitionsvolumen für FAIR beträgt etwa 700 Mio. Euro. FAIR wird rund 2.500 Wissenschaftlern aus dem In- und Ausland einzigartige Forschungsmöglichkeiten bieten.
]]>Der Auftrag hat ein Volumen von 2,5 Millionen Euro. Bis Ende 2005 soll der Anschluss für den neuen, mit 700 Millionen Euro Investitionsmitteln veranschlagten Schwerionenbeschleuniger der GSI fertig sein. Er wird die Anlage mit Spitzenleistungen von 30 Megawatt versorgen. Das entspricht in etwa dem Leistungsbedarf von 30.000 Haushalten – doch im Gegensatz zu einem herkömmlichen Netzanschluss wird die Energie von dem versorgten Teilchenbeschleuniger nicht verbraucht, sondern ständig in Impulsen wieder ins Netz zurückgegeben. Mehrmals pro Sekunde gelangen also rund 30 Megawatt zurück ins Netz. „Diese Impulse sind für sich genommen recht unspektakulär. Doch wenn ständig neue Impulse dazu kommen, können diese sich gegenseitig überlagern und so immer stärker werden – ähnlich wie wenn man Steine in eine Pfütze wirft und die Wellenringe sich überlagern und verstärken – irgendwann schwappt die Pfütze über“, erklärt HSE-Projektleiter Klaus Andres den Effekt. Um das öffentliche Stromnetz vor dem Einfluss dieser Impulse zu schützen, muss der Anschluss für den Teilchenbeschleuniger getrennt vom übrigen Netz erfolgen.
Dazu muss in einem ersten Schritt der 110-Kilovolt-Bereich der HSE-Umspannanlage (UA) Leonhardstanne in Wixhausen erweitert werden. Abgestimmt mit der Stadt Darmstadt und Hessen-Forst werden dafür bereits in den kommenden Wochen einige Bäume gefällt. Als Ausgleich pflanzt die HSE neue Bäume im Bereich des Gehaborner Hofs. In einem zweiten Schritt wird ein neues Leitungssystem von der UA Leonhardstanne zur UA Urberach der RWE errichtet. Der Anschluss erfolgt also von der GSI über die UA Leonhardstanne zur UA Urberach und damit direkt ans europaweite Höchstspannungs-Verbundnetz (220 Kilovolt). „Die Impulse gehen also direkt ins Verbundnetz, wo sie kaum spürbar sind. Vergleichbar den Wellen, die Steine auslösen, die ins Meer geworfen werden“, erklärt Andres.
Damit ermöglicht die HSE den Anschluss einer Anlage, von denen es weltweit nur etwa vier oder fünf vergleichbare gibt. „Wir sind stolz darauf, den technischen Herausforderungen gewachsen zu sein und damit das neue Beschleunigerprojekt der GSI unterstützen zu können. Damit tragen wir zur Sicherung des Standortes Darmstadt als Wissenschaftsstadt bei“, sagt Dr. Wawrzik.
Für die GSI ist es wichtig, schon in dieser frühen Phase des Vorhabens einen geeigneten Netzanschluss zu erhalten. Denn mit dem neuen Netzanschluss wird es möglich sein, die bestehende Beschleunigeranlage in einem Modus zu betreiben, in dem sie später als Vorbeschleuniger für die neue Anlage FAIR dient. Aber auch die Forschungsmöglichkeiten an der bestehenden Anlage werden schon davon profitieren. Die für den neuen Betriebsmodus notwendigen Maschinenentwicklungen und -tests können somit schon frühzeitig erfolgen. Der neue Stromanschluss ist außerdem so ausgelegt, dass er bei der späteren Inbetriebnahme der neuen Beschleuniger von FAIR problemlos angepasst werden kann.
Mit dem neuen Stromanschluss ist die GSI einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Realisierung von FAIR vorangekommen.
]]>Der Name Roentgenium mit dem Symbol Rg für das Element 111 wurde zu Ehren des Physikers Wilhelm Conrad Röntgen ausgewählt. Damit wird die Tradition fortgesetzt, chemische Elemente nach verdienstvollen Wissenschaftlern zu benennen. Als Tag der Bekanntmachung wählte die IUPAC heute, den 8. November. Röntgen war es am 8. November 1895 gelungen, die nach ihm benannten Röntgenstrahlen zu entdecken, wofür er 1901 den ersten Nobelpreis für Physik erhielt. Röntgenstrahlen finden breite Anwendung in der Medizin und Technik. Ihre Entdeckung war wegbereitend für das Verständnis der Atome und Atomkerne, auf dem die moderne Physik beruht.
Das Element konnte am 8. Dezember 1994 zum ersten Mal bei der GSI nachgewiesen werden. Seitdem wurden die Messergebnisse in weiteren unabhängigen Experimenten mehrfach bestätigt. Letztes Jahr hat die IUPAC die Existenz des Elements 111 endgültig anerkannt und der GSI das Entdeckerrecht zugesprochen. Traditionsgemäß wurde das Entdeckerteam aufgefordert, einen Namen vorzuschlagen. Mit Benennung des Elements 111 haben die GSI-Forscher nunmehr dem fünften chemischen Element einen Namen gegeben.
Die erstmalige Erzeugung des Elements gelang einem internationalen Forscherteam um Professor Sigurd Hofmann an der Beschleunigeranlage der GSI. Bei Beschuss einer Wismut-Folie mit Nickel-Ionen war es gelungen, durch Kernfusion drei Atome des Elements 111 zu erzeugen. Mit empfindlichen Nachweisverfahren haben die Forscher die beim radioaktiven Zerfall ausgesandten Alpha-Teilchen vermessen und auf diese Weise das neue Element identifiziert. Ein in Bezug auf den neuen Elementnamen bemerkenswertes Ergebnis ist, dass bei dem Zerfall neben den Alpha-Teilchen auch Röntgenstrahlung gemessen wurde. Die gemessene Röntgenstrahlung gibt zusätzliche Aufschlüsse über die Struktur sowohl des Atomkerns als auch der Elektronenhülle von Roentgenium.
*IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry
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Die Experimente im Schülerlabor gehen in ihrer Art und Zusammenstellung deutlich über das hinaus, was Schulen für das Gebiet Radioaktivität und Strahlung in der Regel anbieten können. Die Schülerinnen und Schüler können sich durch selbstständiges Arbeiten mit den grundlegenden Experimentiertechniken vertraut machen, die Forscher aus aller Welt an der Beschleunigeranlage bei der GSI anwenden.
Das Schülerlabor richtet sich, entsprechend den Lehrplänen, an Gymnasialklassen der Jahrgangsstufe 10 und 13 sowie an Realschulklassen der Jahrgangsstufe 9. (Im Gymnasium nach Verkürzung der Gymnasialzeit eine Jahrgangsstufe früher). Es wird nach den Herbstferien den Regelbetrieb aufnehmen und wöchentlich zwei bis drei Schulklassen offen stehen. Verschiedene pädagogische Lernkonzepte lassen sich darin verwirklichen, wie das Expertenpuzzle oder das Stationenlernen. Neben der Durchführung eines Experiments sind die computergestützte Auswertung der Messdaten sowie die schriftliche und mündliche Präsentation der Messergebnisse wesentlicher Bestandteil des Konzepts. Die Vor- und Nachbereitungen eines Besuchs im Schülerlabor sind am Lehrplan orientiert und können in den Unterricht in der Schule eingebunden werden.
Das Hessische Kultusministerium und das Staatliche Schulamt Frankfurt haben das Projekt durch die Freistellung eines Fachlehrers nachhaltig unterstützt, der sowohl die Aufbauphase als auch den kommenden Betrieb federführend betreut. Finanziell wird das Schülerlabor mit 380.000 EUR durch den Impuls-Fond der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren gefördert.
Mit dem Schülerlabor möchte die GSI eine Brücke schlagen zwischen der naturwissenschaftlichen Ausbildung an Schulen und der aktuellen Forschung. Es soll einen Beitrag leisten zur Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses und soll Schülerinnen und Schülern für ihre spätere Studien- und Berufswahl eine Entscheidungshilfe an die Hand geben. Durch die unmittelbare Nachbarschaft zu den Forschungslaboren der GSI soll es auch zum Ort der Begegnung zwischen Schülern, Forschern und Lehrern werden.
Weitere Informationen zum Schülerlabor finden Sie im Internet unter: Schülerlabor der GSI
]]>Eine internationale Forschergruppe konnte das Element mit der Ordnungszahl 111 im Jahr 1994 zum ersten Mal an der Beschleunigeranlage der GSI nachweisen. Seitdem wurde es mehrfach in unabhängigen Experimenten an der GSI und am RIKEN Institut in Japan bestätigt. Eine gemeinsame Arbeitsgruppe der IUPAC und der "International Union for Pure and Applied Physics" (IUPAP) hat daraufhin die Entdeckung des Elements 111 dem GSI-Forscherteam um Professor Sigurd Hofmann zuerkannt und die Gruppe im Herbst 2003 aufgefordert, einen Namensvorschlag einzureichen.
Basierend auf dem Namensvorschlag der GSI-Entdeckergruppe hat die Abteilung für Anorganische Chemie der IUPAC nun eine vorläufige Empfehlung für die Benennung des Elements 111 veröffentlicht. Es wird empfohlen, das bei GSI erzeugte Element nach Wilhelm Conrad Röntgen zu benennen, der im Jahre 1895 die nach ihm benannten Röntgenstrahlen entdeckte und dafür im Jahre 1901 mit dem ersten Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.
Die endgültige Benennung des Elements 111 erfolgt durch das "IUPAC Bureau", das im Oktober tagen wird. Die Zeitspanne bis dahin ist vorgesehen, damit der Namensvorschlag Roentgenium in der wissenschaftlichen Welt diskutiert werden kann.
Dem GSI Forscherteam um Professor Sigurd Hofmann war im Jahr 1994 auch die Entdeckung des Elements 110 gelungen, das im Dezember 2003 in Anlehnung an den Entdeckungsort, den Sitz der GSI in Darmstadt, auf den Namen Darmstadtium getauft wurde. Die Wissenschaftler sehen nun mit Spannung und Freude der Taufe von Element 111 entgegen.
Siehe auch https://iupac.org/publications/pac/76/12/2101/ und die nächste Ausgabe des IUPAC News Magazins "Chemistry International"
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 850 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler denen die GSI, ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalig Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen mit den Ordnungszahlen 107 - 112 und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2012 soll bei GSI ein neues internationales Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort sollen grundlegende bisher ungelöste Fragen vom Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums beantwortet werden.
Weitere Informationen unter: GSI
]]>Die Klinikanlage entsteht auf dem Gelände der Radiologischen Universitätsklinik in Heidelberg und wird voraussichtlich 2007 mit dem Patientenbetrieb beginnen. Jährlich können dort 1000 Patienten mit schweren Ionen bestrahlt werden. Die Kosten für die Errichtung der Klinik von 72 Millionen Euro werden zu gleichen Teilen vom Bund und der Radiologischen Universitätsklinik getragen.
Für den Bau und die Inbetriebnahme der Bestrahlungstechnik ist die GSI verantwortlich. Zum einen ist das die Beschleunigeranlage, bestehend aus einem 5 Meter langen Linearbeschleuniger und einem daran anschließenden Ringbeschleuniger (Synchrotron) mit 20 Metern Durchmesser, die die benötigten Kohlenstoff-Ionen auf bis zu 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Zum anderen sind dies drei Bestrahlungsplätze, die sich dadurch auszeichnen, dass der weltweit einmalige Rasterscanner den beschleunigten Ionenstrahl millimetergenau und dreidimensional über jedes beliebig geformte Tumorvolumen rastert (das so genannte intensitätsgesteuerte Rasterscanverfahren). Zwei Bestrahlungsplätze entstehen mit horizontaler Strahlführung, ähnlich wie der zurzeit bei der GSI eingesetzte, an dem hauptsächlich Patienten mit Kopftumoren behandelt werden. Ein weiterer erhält eine um den Patienten drehbare Strahlführung, mit der Tumoren auch in anderen Körperregionen, wie zum Beispiel dem Rumpfbereich, zugänglich werden. Für diese weltweit erste scannende Gantry für schwere Ionen wurde ein Teil des Prototyps bei GSI erfolgreich erprobt.
Die Therapie mit Ionenstrahlen bei der GSI ist gemeinsam von GSI, dem Deutschen Krebsforschungszentrum, dem Universitätsklinikum Heidelberg und dem Forschungszentrum Rossendorf entwickelt worden. Basierend auf den langjährigen physikalischen, biologischen und technischen Vorarbeiten der GSI haben die Kooperationspartner in einem Pilotprojekt eine medizinische Bestrahlungseinheit an der Beschleunigeranlage der GSI in Darmstadt aufgebaut. Nach vierjähriger Bauzeit konnte dort 1997 mit der Bestrahlung der ersten Patienten begonnen werden. Bisher sind in Darmstadt mit dieser Methode über 200 Patienten mit inoperablen Tumoren im Kopf-, Hals- und Hüftbereich mit sehr großem Erfolg behandelt worden. Auch in Zukunft werden Patienten bei der GSI bestrahlt – mindestens so lange, bis die neue Klinikanlage in Heidelberg in Betrieb geht.
Die Therapie mit Ionenstrahlen zeichnet sich einerseits durch sehr hohe Heilungsraten von über 90 Prozent aus. Andererseits sind die beobachteten Nebenwirkungen äußerst gering. Nur in Einzelfällen wurden leichte Hautrötungen oder leichte Schleimhautreizungen festgestellt. Der Grund liegt in der hohen biologischen Wirkung von Ionenstrahlen und ihrem günstigen Dosisprofil, das eine hohe Dosis am Ende ihrer Reichweite aufweist. Über eine Beschleunigeranlage werden die Ionen auf eine sehr hohe Geschwindigkeit gebracht und in den Tumor geschossen. Der Rasterscanner erlaubt die punktgenaue Bestrahlung komplex geformter Tumore, auch in der Nähe von Risikoorganen, wie zum Beispiel dem Hirnstamm oder dem Sehnerv. So werden den Tumorzellen irreparable Schäden zugefügt und gleichzeitig das umliegende gesunde Gewebe stark geschont. Die Patienten kommen in der Regel zur ambulanten Behandlung; ein stationärer Aufenthalt im Krankenhaus ist nur in Ausnahmefällen nötig.
Weltweit gibt es nur noch zwei weitere Einrichtungen für die Therapie mit Ionenstrahlen in Japan. Die Bestrahlungstechnik unterscheidet sich erheblich von der bei der GSI und in der neuen Klinikanlage. Das intensitätsgesteuerte Rasterscanverfahren wird dort nicht eingesetzt, was zu einer höheren Belastung des gesunden Gewebes und zu stärkeren Nebenwirkungen bei den Patienten führt.
Nach über zwanzig Jahren physikalischer und biologischer Grundlagenforschung am Ionenbeschleuniger der GSI und einem erfolgreich durchgeführten Pilotprojekt wird nun mit dem Bau der Klinikanlage ein wichtiger Schritt vollzogen, um ein Ergebnis aus der Grundlagenforschung in eine breite Routine-Anwendung zu überführen. Schätzungen zufolge könnten allein in Deutschland jährlich etwa 10.000 Patienten von dieser Therapieform profitieren.
Eine präzise Bestrahlung komplex geformter Tumoren erlaubt das bei GSI entwickelte und erstmals in der Strahlentherapie eingesetzte Rasterscanverfahren. Der Schwerionenstrahl wird mit Hilfe von Magnetfeldern seitlich abgelenkt und die Eindringtiefe über die Energie der Ionen von Puls zu Puls eingestellt. Zur Intensitätsregelung verweilt der Strahl so lange auf jedem Punkt, bis die berechnete Solldosis erreicht ist. Es stellt eine erhebliche Verbesserung im Vergleich zu herkömmlichen Bestrahlungsmethoden dar.
Film zum Rasterscanverfahren
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 850 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler denen die GSI, ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalig Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen mit den Ordnungszahlen 107 - 112 und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2012 soll bei GSI ein neues internationales Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort sollen grundlegende bisher ungelöste Fragen vom Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums beantwortet werden.
Weitere Informationen unter: GSI
]]>Die GSI hat das chemische Element 110 am Dienstag, den 2. Dezember 2003 zu Ehren der Stadt Darmstadt offiziell auf den Namen Darmstadtium mit dem chemischen Symbol Ds getauft. Damit ist Darmstadt die erste deutsche Stadt, nach der ein chemisches Element benannt ist. Die Taufpaten waren die Bundesministerin für Bildung und Forschung, Edelgard Bulmahn, und der Oberbürgermeister der Stadt Darmstadt, Peter Benz. Zur Taufe haben Schüler der Tanz-AG und Musiklehrer der Georg-Büchner-Schule in Darmstadt eigens eine Aufführung über die "Geburt der chemischen Elemente" entworfen und präsentiert.
Das 1994 durch ein internationales Forscherteam um Professor Sigurd Hofmann bei GSI entdeckte Element Darmstadtium ist nun das schwerste chemische Element mit einem offiziellen Namen. In weiteren Experimenten konnten die GSI und andere Labore weltweit die Entdeckung bestätigen. Daraufhin hat der internationale Chemikerverband IUPAC der GSI im Jahr 2001 das Entdeckerrecht zugesprochen und sie aufgefordert einen Namensvorschlag zu machen. Am 15. August 2003 hat die IUPAC den Namensvorschlag Darmstadtium akzeptiert. In einem Festakt am 2. Dezember 2003 wurde das Element 110 offiziell auf den Namen Darmstadtium mit dem chemischen Symbol Ds getauft.
Zur Namenstaufe zeigte die Tanz-AG der Georg-Büchner-Schule eine Aufführung über die "Geburt der chemischen Elemente". Musiklehrer Ulrich Steffen choreografierte die Darbietung und studierte sie mit Schülerinnen der 7. Klasse ein. Dabei entstanden aus großdimensionalen Würfeln mosaikartig Bilder, die die spannende Geschichte über die Entstehung der Elemente und die Entdeckung des Elements 110 illustrierten. Der Erzähler bei dieser Uraufführung war der Schüler Tim Strübig. Die musikalische Begleitung für Cello und Schlagzeug komponierte und spielte der Musiklehrer Ulrich Pietsch mit seiner Frau Margit Pietsch.
Die Entstehung der chemischen Elemente begann vor über zehn Milliarden Jahren und vollzieht sich seither im Inneren von Sternen und in gewaltigen Sternexplosionen. Die chemischen Elemente sind die Bausteine aller Stoffe und die Grundlage für unser Leben. So verdanken auch wir Menschen unsere Existenz der Element-Entstehung in den Sternen. Denn wie alle Materie um uns herum, so stammt auch jedes Atom unseres eigenen Körpers aus Sternenstaub und wurde in früheren Sterngenerationen geschaffen.
Im Periodensystem sind alle bekannten chemischen Elemente in einer Tabelle zusammengefasst. Die Wissenschaftler interessieren sich dafür, welches das schwerste Element ist und wo das Periodensystem endet. Aus diesem Grund versuchen sie neue superschwere Elemente zu erzeugen, viel schwerer als die, die auf der Erde vorkommen. So können sie grundlegende Erkenntnisse über den Aufbau der Materie und die Kernreaktionen im Inneren von Sternen gewinnen.
Um das Element 110 zu erzeugen verwendeten die Forscher bei der GSI die zwei Elemente Nickel und Blei. Deren Atomkerne besitzen zusammen genommen 110 Protonen. Mit dem 120 Meter langen Ionenbeschleuniger der GSI beschleunigten sie geladene Nickel-Atome, das heißt Nickel-Ionen, auf hohe Geschwindigkeiten, etwa 30.000 Kilometer pro Sekunde. Die Nickel-Ionen schossen sie dann auf eine dünne Folie aus Blei. Durch die hohe Geschwindigkeit kann die Abstoßung zwischen den Nickel- und Blei-Kernen überwunden werden und in sehr seltenen Fällen verschmelzen beide zu Element 110. Das neue Element ist nicht stabil. Es zerfällt in Bruchteilen von Sekunden und wandelt sich in mehreren Stufen in andere leichtere Elemente um. Dabei sendet es jeweils ein Alpha-Teilchen aus. Mit einem empfindlichen Nachweis-Detektorsystem konnten die Forscher diese ausgesandten Alpha-Teilchen exakt vermessen und somit das neue Element eindeutig identifizieren.
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Sie ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 850 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler denen die GSI, ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalig Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen mit den Ordnungszahlen 107 - 112 und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2012 soll bei GSI ein neues internationales Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort sollen grundlegende bisher ungelöste Fragen vom Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums beantwortet werden. Weitere Informationen unter: GSI
]]>Herr Henning leitet die GSI seit dem 1. Oktober 1999. In seiner Amtszeit wurde das Zukunftsprojekt vorgeschlagen, ein Doppelring-Beschleuniger von 1100 Metern Umfang mit einem anschließenden komplexen System aus Speicherringen und Experimentierplätzen. Der Wissenschaftsrat hat das Projekt evaluiert und als förderungswürdig bewertet. Der Bund und das Land Hessen haben daraufhin eine Förderungszusage gemacht. Das Projekt hat ein Finanzvolumen von 675 Mio EUR und soll 2012 fertig gestellt werden. "Das Voranbringen des Zukunftsprojekts mit dem ersten Spatenstich und dabei den laufenden Experimentierbetrieb an der existierenden Anlage möglichst wenig zu beeinträchtigen" sowie "die Inbetriebnahme des Therapiebeschleunigers am Universitätsklinikum in Heidelberg, dessen Baubeginn unmittelbar bevorsteht" nennt Henning seine wichtigsten Ziele in der kommenden Amtszeit.
Walter F. Henning, Jahrgang 1939. Studium der Physik in Darmstadt und München. 1968 Promotion mit einer kernphysikalischen Arbeit an der TU München. 1969-76 Wissenschaftlicher Assistent am Physikdepartment der TU München. 1976 Habilitation über ein kernphysikalisches Thema. 1973-75 Visiting Scientist und 1977-1986 Staff Physicist am Argonne National Laboratorium in den USA. 1983 Professor an der Universität von Chicago. 1986 Professor an der Universität Mainz und Bereichsleiter bei der GSI Darmstadt. 1992 Direktor der Physics Division am Argonne National Laboratorium. Seit 1999 Professor an der Universität Frankfurt und Wissenschaftlicher Geschäftsführer der GSI. Hauptarbeitsgebiet: Untersuchung von Kernreaktionen und Struktur von Atomkernen.
]]>Die Partikeltherapie mit Schwerionen ist ein sehr präzises und biologisch hochwirksames Therapieverfahren. Über eine Beschleunigeranlage werden die Schwerionen auf eine sehr hohe Geschwindigkeit gebracht und in den Tumor geschossen. Dort fügen die Schwerionen den Tumorzellen irreparable Schäden zu. Durch die exakt berechenbare Reichweite und mithilfe einer millimetergenauen Steuerung lässt sich der Tumor punktgenau bestrahlen, wodurch das umliegende gesunde Gewebe geschont wird. Ein stationärer Aufenthalt im Krankenhaus ist bei dieser Behandlung nur in Ausnahmefällen nötig, da bisher außer leichten Hautrötungen kaum Nebenwirkungen auftraten. "Die Ergebnisse haben unsere Erwartungen übertroffen, da wir eine sehr schnelle und auch dauerhafte Tumorreaktion in diesen Patienten gesehen haben. Wir möchten diese Art der Bestrahlung auch an anderen Tumoren und größeren Patientenzahlen einsetzen", sagte PD Dr. Dr. Jürgen Debus, ärztlicher Direktor der Klinischen Radiologie Heidelberg.
Die Kooperation von Siemens mit der GSI stellt für das ehrgeizige Projekt der Partikeltherapie mit Schwerionen einen entscheidenden Schritt nach vorne dar: Denn diese neue und effektive Methode zur Behandlung von Tumoren soll durch den Wissensaustausch zwischen Forschung und Industrie einer großen Zahl an Patienten zugänglich gemacht werden. "Die Anerkennung als Heilverfahren haben wir bereits für einige Indikationen. Daher ist es nun wichtig, weitere Möglichkeiten für klinische Erprobungen auch auf anderen Tumorgebieten zu erhalten", erläuterte Professor Dr. Walter F. Henning, Wissenschaftlicher Direktor der GSI. "Die Behandlung mit Schwerionen ist eine Therapiemaßnahme mit großen Zukunftschancen, welche wir als ganzheitlicher Lösungsanbieter für Diagnose und Therapie gerne in unser Produkt-Spektrum aufnehmen, um so unsere Stellung in der Onkologie weiter ausbauen zu können", erklärte Dr. Hermann Requardt, Mitglied des Bereichsvorstandes, Siemens Medical Solutions.
Finanziert aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Land Hessen hat die GSI gemeinsam mit dem Deutschen Krebsforschungszentrum, dem Universitätsklinikum Heidelberg und dem Forschungszentrum Rossendorf die Therapie mit Schwerionen entwickelt. In einer klinischen Studie konnten seit 1997 etwa 200 Patienten mit dieser Methode erfolgreich bei der GSI behandelt werden. "Schwerionentherapie ist ein Quantensprung in der Entwicklung der Strahlentherapie: Ionenstrahlen sind ein neues Skalpell in der Hand des Arztes, das besonders scharf und präzise geführt werden kann. Die Schwerionentherapie hat eine gute Chance sich zu einer unblutigen Strahlen-Chirurgie zu entwickeln mit allen positiven Folgen für den Patienten: höhere Heilungschancen, kürzere Behandlungsdauer und weniger Nebenwirkungen. Die bisherige klinische Studie hat diesen Trend voll bestätigt", sagte Professor Gerhard Kraft, Abteilungsleiter Biophysik der GSI. "Mit der Serien-Produktion von Ionen-Therapie-Anlagen durch Siemens wird diese Entwicklung in absehbarer Zeit für mehr Patienten zugänglich sein."
Die Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt ist ein vom Bund und dem Land Hessen finanziertes Forschungszentrum der Grundlagenforschung. Der Bau und Betrieb von Beschleunigeranlagen sowie die Forschung mit schweren Ionen sind Aufgabe der rund 850 Mitarbeiter. Jährlich kommen über 1.000 Wissenschaftler denen die GSI, ihrer Aufgabe entsprechend, den Zugang zur ihren Forschungsanlagen ermöglicht. Die GSI verfügt über eine hervorragende und weltweit einmalig Beschleunigeranlage für Ionenstrahlen. Das Forschungsprogramm der GSI umfasst ein breites Spektrum, das von Kern- und Atomphysik über die Plasma- und Materialforschung bis hin zur Tumortherapie reicht. Die wohl bekanntesten Resultate sind die Entdeckung von sechs neuen chemischen Elementen mit den Ordnungszahlen 107 - 112 und die Entwicklung einer neuartigen Tumortherapie mit Ionenstrahlen. Mit diesen und einer Vielzahl anderer wissenschaftlicher Resultate nimmt die GSI eine international führende Position in der Forschung mit Ionenstrahlen ein. Bis 2012 soll bei GSI ein neues internationales Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen entstehen. Dort sollen grundlegende bisher ungelöste Fragen vom Aufbau der Materie und der Entwicklung des Universums beantwortet werden. Weitere Informationen unter: GSI
Siemens Medical Solutions (Siemens) ist weltweit einer der größten Anbieter im Gesundheitswesen. Der Bereich steht für innovative Produkte und Komplettlösungen sowie für ein umfangreiches Angebot von Dienst- und Beratungsleistungen. Abgedeckt wird das gesamte Spektrum über bildgebende Systeme für Diagnose und Therapie, die Elektromedizin und die Audiologie bis hin zu IT-Lösungen. Mithilfe dieser Lösungen ermöglicht Siemens seinen Kunden, sichtbare Ergebnisse sowohl im klinischen, als auch im administrativen Bereich zu erzielen - so genannte "Proven Outcomes". Innovationen aus dem Hause Siemens optimieren Arbeitsabläufe in Kliniken und Praxen und führen zu mehr Effizienz in der Gesundheitsversorgung. Siemens Med beschäftigt weltweit rund 31 000 Mitarbeiter und ist in 120 Ländern präsent. Im Geschäftsjahr 2002 (30. September) erzielte Siemens Med einen Umsatz von 7,6 Mrd. EUR sowie einen Auftragseingang von 8,4 Mrd. EUR. Das Bereichsergebnis betrug 1 Mrd. EUR. Weitere Informationen unter: https://www.siemens.com/medical
GSI
Dr. Ingo Peter
Tel. 06159 - 71 2598
E-Mail: Ingo Peter
Siemens Medical Solutions
Melanie Schmude
Tel. 09131 - 84 8335
E-Mail: Melanie Schmude
Für medizinische Fragen:
PD Dr. Dr. J. Debus
Tel. 06221 - 568200
E-Mail: Jürgen Debus
Eine internationale Forschergruppe konnte das Element im Jahr 1994 zum ersten Mal an der Beschleunigeranlage der GSI nachweisen. Seitdem wurde es mehrfach in weiteren unabhängigen Experimenten bestätigt. Auf ihrer letzten Sitzung im Jahr 2001 hat die IUPAC der GSI das Entdeckerrecht zugesprochen und sie aufgefordert einen Namen vorzuschlagen.
Der Name "Darmstadtium" mit dem Sysmbol Ds wurde zu Ehren der Stadt Darmstadt gewählt und steht in der langen Tradition, chemische Elemente nach ihrem Entdeckerort zu benennen. Noch in diesem Jahr wird die GSI gemeinsam mit der Stadt Darmstadt in einem Festakt die offizielle Taufe vornehmen.
*IUPAC – International Union of Pure and Applied Chemistry
Vom 23. April bis 24. Mai zeigt die Gesellschaft für Schwerionenforschung GSI im Weißen Turm in Darmstadt die Fotoausstellung Forschung im Fokus mit Bildern von Achim Zschau. Der Fotograf dokumentiert seit 30 Jahren Instrumente, die zur Erforschung der Materie von den Wissenschaftlern benötigt werden. Dabei berücksichtigt Achim Zschau ganz unterschiedliche Aspekte: Der komplexe, technische Aufbau, die ungewöhnlichen Formen und Symmetrien sowie das Zusammenspiel von Licht und Farbe. Im Vordergrund steht jedoch nicht nur die technische Funktionalität der Objekte. Achim Zschau gelingt es die ästhetische Ausstrahlung der Motive einzufangen. Die etwa 30 großformatigen Fotografien zeigen ein weit reichendes Spektrum vom Bau der Anlagen über einzelne Komponenten bis hin zu haushohen Detektoren.
Der Fotograf Achim Zschau ist seit seinem 12. Lebensjahr auf Motivsuche. Zunächst war die Fotografie ein Hobby, dem er auf Radtouren und Sportveranstaltungen nachging. Mitte der 60er Jahre wurde es zu seinem Beruf, wobei er seinen Schwerpunkt schon früh auf technische Motive ausrichtete.
Die GSI ist ein Forschungszentrum im Norden von Darmstadt. Sie betreibt eine weltweit einmalige Beschleunigeranlage für Ionen. Experimente mit den bis auf 90% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigten Atomkernen haben die Forscher immer wieder zu neuen faszinierenden Entdeckungen in der Grundlagenforschung geführt.
Ausstellung im Weißen Turm, 23. April bis 24. Mai
Ernst - Ludwig – Straße in Darmstadt
Mittwochs von 15:00 bis 21.00 Uhr
Donnerstags von 16:30 bis 20:30 Uhr
Samstags von 11:00 bis 16:00 Uhr.
Während ihrer Amtszeit in den vergangenen vier Jahren sei es gelungen, auch die Förderung von Wissenschaft und Forschung außerhalb der Hochschulen deutlich zu verbessern. Im laufenden Haushaltsjahr seien dafür 104,6 Mio. Euro vorgesehen - gut vier Millionen Euro mehr als im Jahr 2002 (100,4 Mio. Euro). "Wissenschaft und Forschung sind wesentliche, für die Zukunftsfähigkeit des Landes unerlässliche Innovationskräfte. Das vom Wissenschaftsrat begutachtete und empfohlene GSI-Projekt ist dafür ein besonders eindrucksvolles Beispiel," sagte Wagner. Entsprechend den vertraglichen Vereinbarungen mit dem Bund habe das Land Hessen bereits fest zugesagt, zehn Prozent der ge schätzten Gesamtkosten in Höhe von 675 Mio. Euro zu übernehmen. Diese Zusage sei eine wichtige Voraussetzung für die Grundsatzentscheidung des Bundes gewesen, 65 Prozent der Kosten zu tragen. Die restlichen 25 Prozent sollten bei europäischen Kooperationspartnern eingeworben werden.
"Die jetzt von mir bewilligte Fördersumme von einer Mio. Euro hilft der GSI dabei, das technisch sehr komplizierte Projekt ausführungsreif vorzubereiten", so Wagner. Sie wies darauf hin, dass der Bund bisher nur eine Absichtserklärung abgegeben habe. Das Land Hessen dagegen habe seine aktuelle Fördersumme von einer Mio. Euro bereits im Haushalt 2003 fest verankert.
Die Ministerin begrüßte die Ankündigung des Bundes, sich finanziell an diesem Vorhaben zu beteiligen. Gleichzeitig aber kritisierte sie, dass der Bund bereits gegebene Förderzusagen für die außeruniversitäre Forschung nun doch nicht einhalten wolle. "Bund und Länder haben sich im Sommer 2002 darauf verständigt, dass die gemeinsam finanzierten Forschungseinrichtungen im Jahr 2003 Haushaltszuwächse zwischen zweieinhalb und dreieinhalb Prozent erhalten. Wir haben die Mittel im Landeshaushalt 2003 auch entsprechend veranschlagt. Die Komplementärmittel, die das Land in der Gemeinschaftsfinanzierung aufzubringen hat, stehen also nach den Vereinbarungen vom Sommer 2002 zur Verfügung. Der Bund dagegen hat nach der Bundestagswahl einseitig Kürzungen vorgenommen, die zu einem realen Minus bei allen Einrichtungen führen werden, denn nach den Landeshaushaltsordnungen müssen alle Länder die Auszahlungen in der institutionellen Förderung ebenfalls entsprechend reduzieren. Die Bundesregierung vernachlässigt 2003 die Forschung - die bisherige Landesregierung in Hessen dagegen ist bereit, obwohl die Finanzlage in Hessen nicht besser ist, Forschungspolitik auch in schwierigen Zeiten die nötige Priorität einzuräumen", betonte Ministerin Wagner. Von den Kürzungen des Bundes sei auch das laufende Budget der GSI mit 1,7 Mio. Euro negativ betroffen. "Deshalb habe ich Ministerpräsident Roland Koch und meinem Nachfolger im Amt des Wissenschaftsministers, Udo Corts, empfohlen, die im Landeshaushalt 2003 veranschlagten Mittel projektbezogen in voller Höhe für Forschungszwecke in Hessen einzusetzen", sagte Wagner.
Die GSI erbringe Spitzenleistungen nicht nur als Zentrum naturwissenschaftlicher Grundlagenforschung, sondern habe es in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum sowie dem Krebsforschungszentrum Heidelberg auch ermöglicht, dass die Schwerionenphysik für die Zerstörung bisher nicht therapierbarer Tumore eingesetzt werde. "Aufgrund der mit Hilfe des GSI-Beschleunigers erzielten offenkundigen Behandlungserfolge wird jetzt in Heidelberg eine auf medizinische Anwendungen spezialisierte Beschleunigeranlage für schwere Ionen geplant, an deren Konzipierung und technischer Realisierung die GSI maßgeblich beteiligt ist", sagte Wagner. Dies beweise einmal mehr die große Bedeutung der Grundlagenforschung. "Sie bringt, wenn Wissenschaftler bereit sind, Anwendungsbezüge ihrer Disziplin bewusst zu suchen und zu erproben, Innovationen hervor, die in der Praxis vielen Menschen helfen können", so die Wissenschaftsministerin.
Vorbildlich sei auch die enge Zusammenarbeit der GSI mit Universitäten, insbesondere mit den benachbarten hessischen Hochschulen in Darmstadt, Frankfurt und Gießen. "Gemeinsame Berufungen leitender Wissenschaftler, die zugleich als Professoren an Universitäten tätig sind, Kooperationsverträge mit Universitäten, die Durchführung gemeinsamer Forschungsprojekte und vor allem die gemeinsame Ausbildung hoch qualifizierter wissenschaftlicher Nachwuchskräfte, denen die GSI in Absprache mit den Universitäten Arbeitsmöglichkeiten bietet, führen zu einem Höchstmaß an wissenschaftlichen Synergien und effektiver Ressourcennutzung. Schwerionenforschung in Hessen ist auf diese Weise zu einem profilbildenden Schwerpunkt geworden, der Wissenschaftler aus der ganzen Welt anzieht", sagte Wagner.
Professor Henning dankte Ministerin Wagner für die zusätzliche Bewilligung der beantragten Projektfördermittel, die er als Verpflichtung auffasse, die Anstrengungen zur langfristigen Sicherung der GSI als Leuchtturm der Spitzenforschung in Hessen kraftvoll fortzusetzen. In einem harten Wettbewerb aller deutschen Forschungseinrichtungen um Investitionsmittel für Großgeräte naturwissenschaftlicher Grundlagenforschung habe das GSI-Projekt als eines von wenigen den Wettbewerb mit sehr positivem Votum des als Gutachtergremium tätigen Wissenschaftsrates bestanden. Die Bauarbeiten sollten 2005/6 beginnen und rund sechs Jahre dauern.
Henning sagte, die GSI habe dem Land Hessen, das bisher immer ein verlässlicher, förderlicher Partner gewesen sei, ebenfalls zu danken und habe ihm die höchste Reverenz erwiesen, zu der die GSI auf ihrem Spezialgebiet fähig sei. Als überzeugenden, auch für eine breite Öffentlichkeit sinnfälligen Beleg ihrer Leistung werte die GSI die Entdeckung einer Reihe neuer, superschwerer Elemente des chemischen Periodensystems dank großartiger Experimente mit Hilfe des Beschleunigers. Eines dieser Elemente, das mit der Ordnungszahl 108, sei auf Vorschlag der GSI auf den Namen "Hassium" getauft worden und dokumentiere damit für die Naturwissenschaftler der ganzen Welt, welch günstige Perspektiven ihnen die hessische Region zu bieten habe. Professor Henning berichtete, dass die zuständige internationale Fachorganisation der GSI jüngst das Recht zugesprochen habe, ein weiteres von ihr entdecktes Element, das mit der Ordnungszahl 110, zu benennen. Die GSI habe den Namen "Darmstadtium" vorgeschlagen und sei zuversichtlich, dass er genehmigt werde. Damit werde auch die Stadt Darmstadt in das Pantheon der Naturwissenschaft aufgenommen werden; die GSI statte ihren Dank dafür ab, dass Darmstadt ihr ebenfalls stets ein förderlicher Standort gewesen sei. Professor Henning lud Ministerin Wagner als Darmstädter Bürgerin und Landtagsabgeordnete herzlich zur Taufe des Elements "Darmstadtium" ein, die voraussichtlich im Herbst 2003 in der GSI stattfinden werde.
]]>Eine gemeinsame Arbeitsgruppe der IUPAC* und IUPAP* hat die Entdeckung des Elements mit der Ordnungszahl 110 dem GSI-Forscherteam um Sigurd Hofmann zuerkannt. GSI war daraufhin aufgefordert worden, einen Namensvorschlag für Element 110 einzureichen. Basierend auf diesem Vorschlag hat die Abteilung Anorganische Chemie der IUPAC nun eine vorläufige Empfehlung für die Benennung von Element 110 veröffentlicht. Es wird empfohlen, das bei GSI entdeckte Element gemäß dem Sitz der GSI im Norden von Darmstadt "Darmstadtium" mit dem Symbol "Ds" zu benennen (siehe auch https://iupac.org/publications/pac/75/10/1613/ und die nächste Ausgabe des IUPAC News Magazins „Chemistry International“).
Die endgültige Festlegung des Namens für Element 110 erfolgt durch die Generalversammlung der IUPAC, die vom 8. bis 17. August in Ottawa, Kanada, tagen wird. Die Zeitspanne bis dahin ist vorgesehen, damit die IUPAC-Empfehlung in der wissenschaftlichen Welt diskutiert werden kann. Der endgültige Name für Element 110 wird nach der Generalversammlung in einer gemeinsamen Erklärung der IUPAC und der GSI bekannt gegeben.
*IUPAC International Union for Pure and Applied Chemistry
*IUPAP International Union for Pure and Applied Physics
„Dies ist ein enorm wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der GSI. Wir sind hocherfreut über diese schnelle und richtungsweisende Entscheidung von Frau Bundesministerin Bulmahn und ihres Ministeriums und werden alles tun, die in uns gesetzten Erwartungen zu erfüllen“ sagte der Wissenschaftlich-Technische Geschäftsführer der GSI, Prof. Dr. Walter Henning. Für GSI bietet diese Entscheidung die Perspektive zu einem führenden europäischen Forschungszentrum mit einem weit gefächerten Forschungsspektrum für die physikalische Grundlagenforschung zu werden.
In breiter internationaler Partnerschaft hat die GSI 2001 einen Projektvorschlag für ein „internationales Beschleunigerzentrum für die Forschung mit Ionenstrahlen und Strahlen von Antimaterie“ vorgelegt. Der Wissenschaftsrat der Bundesrepublik Deutschland wurde vom BMBF beauftragt, das Projekt zusammen mit anderen Großforschungsprojekten zu evaluieren. Als Ergebnis empfahl er dem BMBF das Projekt unter Auflagen zur Förderung. Auf der Basis dieses Gutachtens hat das BMBF nun entschieden: „Die GSI soll gemeinsam mit europäischen Partnern ihre Anlagen stufenweise ausbauen und zu einem führenden europäischen Physikzentrum werden. Mindestens ein Viertel der Kosten in Höhe von 675 Millionen Euro soll dabei von ausländischen Partnern aufgebracht werden.“ Die Bauzeit wird im Projektvorschlag auf 8 bis 9 Jahre veranschlagt.
Die vorgeschlagene Beschleunigeranlage bei GSI wird Ionenstrahlen und Antiprotonenstrahlen von nie erreichter Intensität und Qualität bereit stellen. „Diese Anlage wird weltweit eine Spitzenstellung einnehmen und wird jährlich etwa 2000 Wissenschaftler aus aller Welt zu mehrwöchigen Experimenten anziehen“, sagt der Projektkoordinator Prof. Dr. Hans Gutbrod voraus.
Ziel der Anlage ist es, parallel und in mehreren eigenständigen Forschungsgebieten breit und interdisziplinär wichtige Fragen zum Aufbau und zur Struktur der Materie zu lösen. Diese reichen von den fundamentalen Bausteinen und Naturgesetzen im Mikroskopischen bis hin zu den grundsätzlichen Prozessen und Eigenschaften, welche die komplexen Strukturen der uns umgebenden Materie bestimmen. Jede dieser Stufen in dem hierarchischen Aufbau der Materie ist zudem verknüpft mit einer bestimmten Phase in der Entwicklung des Universums. „Neben der Bedeutung von Erkenntnissen zu den fundamentalen Aspekten des Aufbaus der Materie ist die Aufklärung der Prozesse, welche zum jetzigen Universum und damit letztendlich zu unserer Existenz führen, von großer wissenschaftlicher Faszination“, sagte Dr. Ingo Peter von der Öffentlichkeitsarbeit der GSI.
Spezielle Beispiele sind: Die Forschung mit Strahlen von exotischen Kernen, die das Verständnis über die Entstehung der chemischen Elemente voranbringen wird. Forschung mit Antiprotonen und Hadronen, die u.a. zur Lösung der Frage beitragen soll, woher die Materie ihre Masse hat. Die Physik dichtester Kernmaterie erlaubt einen tieferen Einblick in die ersten Sekundenbruchteile nach dem Urknall, der Entstehung unseres Universums, und die Eigenschaften von Neutronensternen. Die Plasmaphysik eröffnet die Möglichkeit zu erforschen, wie die Materie im Inneren von großen Planeten aussieht.
Die wissenschaftlich-technische Entwicklung, die mit Geräten an der vordersten Front der Forschung verknüpft ist, ist eine weitere wichtige Motivation. Aus der Grundlagenforschung ergeben sich oft überraschende Anwendungen, die vorher nicht abzusehen sind. Dies zeigt das Beispiel einer neuartigen, seit fünf Jahren sehr erfolgreich praktizierten Tumortherapie mit Ionenstrahlen bei GSI. An der geplanten Anlage lassen sich neue Anwendungen beispielsweise in der Materialforschung, in der Plasmaphysik, für die Raumfahrt und in der Informationstechnologie erwarten.
Die GSI betreibt eine mehrere hundert Meter lange Beschleunigeranlage, mit der schwere Ionen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden können. Sie werden zur Grundlagenforschung auf breiter Basis, in Kern- und Atomphysik, Plasmaphysik, Materialforschung und Strahlenbiologie genutzt.
Unter Leitung von Prof. Kraft wurden in langjährigen biophysikalischen Forschungsarbeiten, Kohlenstoffstrahlen als das optimale Werkzeug für die Tumortherapie etabliert. Kohlenstoffstrahlen erzeugen erst am Ende ihrer Reichweite im Tumor ihre größte Wirkung und führen zu einer hohen Inaktivierung der getroffenen Tumorzellen. Im Eingangskanal, zwischen Hautoberfläche und Tumor werden nur wenige, meist reparable Zellschäden verursacht. Dies führt im besten Fall zu einer Tumorkontrolle von 100% für Chondrosarkome.
Mit einem bei GSI entwickelten Scanverfahren kann der Strahl millimetergenau über ein beliebiges Tumorvolumen gerastert werden. Außerdem kann der Ionenstrahl im Patienten durch eine geringe Aktivität von Positron-Emittern mit einer PET-Kamera (Positronen-Emissions- Tomographie) von außen kontrolliert werden.
Nach dem soeben abgeschlossenen Behandlungsblock - genau 5 Jahre nach der ersten Behandlung – sind bisher mehr als 150 Patienten sehr erfolgreich mit nur sehr geringen Nebenwirkungen behandelt worden. Auch wenn für die Mehrheit der Patienten noch keine abschließende Beurteilung abgeben werden kann, liegt die Heilungsrate sehr deutlich über der der konventionellen Tumorbestrahlung.
Dieser Erfolg war nur möglich aufgrund hervorragender Leistungen der gesamten GSI und den beteiligten Mitarbeitern der Uniklinik und des DKFZ Heidelberg und dem FZ Rossendorf, vor allem aber vom engeren Team des Therapie-Pilot-Projekts unter der Leitung von Dr. Dr. Jürgen Debus, Dr. Thomas Haberer und Dr. Wolfgang Enghardt. Der klinische Erfolg der Ionenstrahltherapie bei GSI hat den Bau eines Beschleunigerzentrums an der Heidelberger Klinik angestoßen, der im Frühjahr nächsten Jahres beginnen soll. Auch auf europäischer Ebene gibt es in vielen Ländern ähnliche Projekte, die eine Schwerionentherapie mit Kohlenstoff-Ionen aufbauen werden.
Wie wir heute sehen, hat die GSI vor fünf Jahren mit dem Beginn der Patientenbestrahlung mit Kohlenstoff-Ionen einen guten und folgenreichen Anfang gemacht für weitere Therapie- Zentren, vor allem aber für die Patienten, die dadurch geheilt werden.
]]>In seiner Stellungnahme bezeichnet der Wissenschaftsrat die geplante Beschleunigeranlage der GSI als „ein für Europa zentrales Instrument zur Erforschung der Materie im Dimensionsbereich Atom/Atomkern/subnukleare Teilchen und im Wirkungsbereich der starken Kraft (Quark-Materie, Nukleonen, Atomkerne). Die in Darmstadt geplante Anlage wird neuartige Forschungsmöglichkeiten mit Ionen- und Antiprotonenstrahlen bieten, mit denen neue Wege in der Grundlagenforschung und der anwendungsorientierten Forschung beschritten werden können.[...] Das Projekt wird es erlauben, die führende Rolle Europas in der Kern- und Hadronenphysik langfristig zu erhalten und auszubauen.“ Weiterhin heißt es: „Das geplante Beschleuniger- und Detektorsystem ist weltweit ohne Vergleich und von hohem technologischen Anspruch.“
Die GSI ist erfreut über die positive Beurteilung des Beschleunigerprojekts, das in Zusammenarbeit mit vielen Hochschulen und internationalen Partnern erarbeitet wurde. Sie wird alles tun, um die Bedingungen für eine endgültige Realisierung zu erfüllen.
Die uns auf der Erde umgebende Materie besteht hauptsächlich aus stabilen Atomkernen. Bei diesen natürlich vorkommenden Kernen herrscht immer ein relativ ausgeglichenes Verhältnis der beiden Bausteine des Kerns, der Protonen und Neutronen. Bei Abweichungen von diesem Verhältnis werden die Kerne radioaktiv und zerfallen, üblicherweise über die bekannten Zerfallsarten Alpha-, Beta-, Gamma-Zerfall und Kernspaltung. Bei sehr protonen- bzw. neutronenreichen Kernen wurde als zusätzliche Zerfallsart auch die Emission einzelner Kernbausteine – Protonen oder Neutronen – beobachtet. Seit langem gibt es Vorhersagen, dass für Kerne mit extremem Protonenüberschuss wie z. B. Eisen-45 außerdem der Zweiprotonen- Zerfall auftreten sollte. Bislang konnte dies jedoch nicht experimentell nachgewiesen werden. Von der Untersuchung solcher extrem protonen- und auch neutronenreicher Kerne und ihrer Zerfälle versprechen sich die Wissenschaftler über die reine Kernphysik hinaus grundlegende Erkenntnisse zur Elementsynthese in Sternexplosionen wie Novae und Supernovae.
Die Beschleunigeranlage der GSI erlaubt es, exotische Atomkerne mit großem Protonen- oder Neutronenüberschuss zu erzeugen und ihren Zerfall zu untersuchen. Beim jetzigen Experiment wurden Nickel-58-Ionen auf ca. 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und auf Hindernisse (Beryllium-Folien) geschossen. Dadurch fragmentieren die Nickel-Kerne in viele verschiedene Bruchstücke. Im Fragment-Separator der GSI wurden die Bruchstücke anschließend separiert und die gesuchten Eisen-45-Bruchstücke (bestehend aus 26 Protonen und 19 Neutronen) identifiziert. Die Produktion der Eisen-45-Kerne ist extrem selten. In einer knappen Woche Messzeit konnten nur sechs Atomkerne erzeugt werden. Bei vier von ihnen gelang es anschließend, in einer speziellen Messapparatur den Zweiprotonen-Zerfall, d.h. die Umwandlung in Chrom-43 durch Emission von zwei Protonen, eindeutig nachzuweisen.
An den GSI-Experimenten waren Forscher aus mehreren Ländern beteiligt: Universität Warschau, Polen; GSI Darmstadt, Deutschland; University of Tennessee, USA; CEN Bordeaux, Frankreich; University of Liverpool, Großbritannien; ORNL Oak Ridge, USA; University of Edinburgh, Großbritannien; GANIL Caen, Frankreich.
]]>Zentrales Thema der internationalen Konferenz an der GSI ist die Frage nach den Eigenschaften komprimierter Kernmaterie, wie sie zum Beispiel im Zentrum von Neutronensternen existiert. ähnlich extreme Verhältnisse können auf der Erde nur in Stößen zwischen schweren Atomkernen kurzzeitig erzeugt werden. Hierbei wird Kernmaterie – die aus Protonen und Neutronen besteht – so stark erhitzt und verdichtet, dass diese Teilchen ihre Eigenschaften verändern und sich schließlich in ihre elementaren Bestandteile - die Quarks - auflösen. Die Physiker versuchen, mit diesen Experimenten fundamentale Fragen der modernen Physik zu beantworten:
Warum hat man noch nie freie Quarks die elementaren Bestandteile der Materie – beobachten können? Warum sind Protonen und Neutronen etwa 40 Mal schwerer die drei Quarks, aus denen sie bestehen? Was ist der Ursprung dieser Masse, die immerhin über 99% der uns umgebenden Materie ausmacht?
Antworten auf diese und ähnliche Fragen suchen auch die Wissenschaftler am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf und in Brookhaven (USA). In diesen Labors werden Atomkerne mit extrem hohen Energien aufeinander geschossen, sodass sich die Kernmaterie sehr stark erhitzt. An der GSI hingegen soll ein alternativer Weg eingeschlagen werden: die größtmögliche Kompression von Kernmaterie bei moderater Erhitzung. Diese Experimente erfordern weniger hohe Energien aber dafür höhere Intensitäten der Schwerionenstrahlen. Genau dies soll die an der GSI projektierte Experimentier – und Beschleunigeranlage leisten. Am Ende ihrer Vorträge und Diskussionen hoffen die Wissenschaftler aus aller Welt, die zur Zeit an der GSI versammelt sind, dem optimalen Konzept für ein zukünftiges Experimentierprogramm einen großen Schritt näher gekommen zu sein.
]]>Die Geschäftsführung möchte alle Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter zu diesem Thema informieren und lädt sie hierzu für
Montag, den 17. September 2001, 10.00 Uhr,
zu einer Mitarbeiterversammlung in den Hörsaal ein.
Professor Dr. Walter Henning
Dr. Helmut Zeitträger
Die GSI hat Herrn Schmelzer sehr viel zu verdanken. Er war Vorbild einer ganzen Wissenschaftlergeneration. Die Wissenschaft bildete den Mittelpunkt seines Lebens. Mit dem Bau des UNILAC konnte er seine Vision eines neuartigen Beschleunigerkonzepts umsetzen. Mit seinen strategischen Ideen legte er die Grundlage für bahnbrechende wissenschaftliche Erfolge, die der GSI hohe internationale Anerkennung brachten und neue Wege für die Zukunft aufzeigten.
Carl Christoph Schmelzer wurde am 17. November 1908 in Lichtentanne in Sachsen geboren; er legte in Zwickau sein Abitur ab und begann 1928 an der Technischen Hochschule in München Chemie zu studieren. Nach zwei Jahren wechselte er die Universität, er ging nach Jena, und - wahrscheinlich signifikanter - er wechselte das Fach: Er begann das Studium der Physik, das er 1935 mit der Dissertation über "Absolutmessung dielektrischer Verluste bei hohen Frequenzen" abschloss. Sein Doktorvater war Max Wien.
Nach 10-monatiger Tätigkeit als Privatassistent bei Max Wien folgte Herr Schmelzer einer Einladung in die USA, wo die Arbeiten über das dielektrische Verhalten von Elektrolyten fortgesetzt wurden. 1939 kehrte Herr Schmelzer nach Deutschland zurück und wurde 1. Assistent von Georg Goubeau am Technisch-Physikalischen Institut der Universität Jena, wo er sich bis Kriegsende mit Physik und Technik der Dezimeterwellen befasste. 1948 ging Herr Schmelzer als Assistent zu Walther Bothe nach Heidelberg, wo er sich 1949 mit einer Arbeit über das dielektrische Verhalten polar aufgebauter Materie habilitierte. Nach Arbeiten in der Optik wandte er sich Beschleunigerproblemen zu. 1952 erschien eine Veröffentlichung mit dem Titel "Über günstige Betriebszustände des Elektronenzyklotrons". Ebenfalls im Jahre 1952 begann eine wichtige Epoche im Leben Herrn Schmelzers und in der Entwicklung von Hochenergiebeschleunigern; er wurde Mitglied der Protonen-Synchrotron-Gruppe, die später den großen Protonenbeschleuniger PS des CERN bei Genf bauen sollte.
Herr Schmelzer war verantwortlich für das Hochfrequenzsystem, die magnetische Führung der Protonen und ihre phasenrichtige Beschleunigung. 1954 wurde er stellvertretender Leiter des Projekts. Mit dem Bau des ersten kybernetisch gesteuerten Beschleunigers wagte er sich in unbekanntes Gebiet vor, und noch kurz vor der Fertigstellung des Beschleunigers zweifelten Experten am Erfolg. Die Situation, bei dem Versuch, das Synchrotron erstmals in Betrieb zu nehmen, schildert Robert Jungk in seinem Buch "Die große Maschine" folgendermaßen: "Kaum war ein Fehler behoben, da machte nun wieder das außerordentlich diffizile, auf Schnellschaltungen von zehntausendstel Sekunden gestimmte Hochfrequenzsystem Schwierigkeiten. Die in Heidelberg entwickelte Methode der kybernetischen "Beam Control", in der die Beschleunigung des Protonenstrahls durch seine eigenen "Rückmeldungen" geregelt wurde, ließen sich einfach nicht zur Räson bringen, und ihr Meister, der sonst so gemütliche Professor Schmelzer, zeigte zum ersten Mal deutliche Zeichen von Nervosität, gegen die nicht einmal sein geliebtes Bier wirkte". Aber kurz darauf klappte alles, die Maschine lief an, die Protonenenergie überschritt den kritischen Bereich der Übergangsenergie mühelos und erreichte 24 GeV bei einer Transmission von 90 %. Dieses historische Ereignis fand am 24. November 1959 statt.
Herr Schmelzer wurde zum Honorarprofessor an der Universität Heidelberg und zum Mitglied der Heidelberger Akademie der Wissenschaften ernannt. 1959 nahm er den Ruf auf den Lehrstuhl für Angewandte Physik in Heidelberg an, nachdem er vorher Rufe nach Hamburg, Würzburg und München abgelehnt hatte. Schon Mitte der fünfziger Jahre war Herr Schmelzer für die Physik, die man mit schnellen schweren Ionen machen könnte, begeistert. Nun griff er diese Ideen erneut auf, und sein Weg zum UNILAC begann. Am 17.12.1969 wurde die GSI gegründet und Herr Schmelzer wurde ihr erster Wissenschaftlicher Geschäftsführer. Unter seiner Führung wurde der Unilac geplant und marschierte die GSI an die Spitze der Schwerionenforschung. Bereits kurz nach der Fertigstellung des UNILAC regte Herr Schmelzer eine Erweiterung der GSI um einen Ringbeschleuniger für höhere Energien an, die in den achtziger Jahren mit der Synchrotron-Speicherring-Kombination SIS/ESR realisiert wurde. Die GSI gehört heute zu den international führenden Zentren der Schwerionenforschung. Professor Schmelzer hat den Grundstein für diese von vielen wissenschaftlichen Erfolgen gekennzeichnete Entwicklung gelegt. Für seine herausragenden Beiträge zur Beschleunigerphysik und zur Wissenschaftslandschaft in Deutschland erhielt er zahlreiche Auszeichnungen, Ehrendoktorwürden sowie im Jahr 1978 das Bundesverdienstkreuz. Wir verlieren einen warmherzigen und bescheidenen Menschen, der stets für alle Anliegen der GSI-Mitarbeiter offen war. Sein Tod bedeutet den Verlust einer Leitfigur für die wissenschaftliche Forschung. Wir werden Christoph Schmelzer stets in guter und dankbarer Erinnerung behalten.
Die Geschäftsführung
]]>In dem gerade abgeschlossenen Experiment kamen die Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass Hassium der Gruppe 8 des Periodensystems angehört. Sein nächster chemischer Verwandter ist das Schwermetall Osmium. Beide besitzen die für ein Schwermetall außergewöhnliche Eigenschaft, mit Sauerstoff eine leicht flüchtige Verbindung (Oxid) einzugehen.
Das Experiment wurde an der Beschleunigeranlage UNILAC der GSI durchgeführt. Dort wurden mit einer neuen Bestrahlungstechnologie Magnesium-Ionen höchster Intensität auf Curium geschossen, sodass durch Kernverschmelzung (Fusion) einzelne Atome des schweren Elements Hassium entstehen konnten. Mit einer am Paul Scherrer Institut (Schweiz) und am Lawrence Berkeley National Laboratory (USA) neu entwickelten hochempfindlichen Analysemethode konnten die Wissenschaftler mit diesen Atomen anschließend eine Sauerstoffverbindung herstellen und deren Abscheidung auf Siliziumdetektoren bei sehr tiefen Temperaturen messen. Dies gibt Aufschluss über die Einordnung in das Periodensystem. Die Methode ist so sensitiv, dass nur sechs Hassium-Atome ausreichten, um eine eindeutige chemische Charakterisierung vorzunehmen.
An dem Experiment bei GSI war ein internationales Team von Wissenschaftlern aus Deutschland, der Schweiz, den USA, Russland und China beteiligt. Bereits 1984 war das Element 108 bei GSI entdeckt worden und wurde zu Ehren des Bundeslandes Hessen auf den lat. Namen Hassium getauft. Damals konnte zwar die Existenz des Elements bewiesen werden, aber über die chemischen Eigenschaften konnten keine Aussagen gemacht werden. Mit der nun eingesetzten neuen Methode eröffnen sich für die Zukunft ganz neue Möglichkeiten. So sollen weitere superschwere Elemente im Gebiet der Ordnungszahlen 112 und 114 untersucht werden.
Dabei erwarten die Wissenschaftler deutliche Abweichungen von den Vorhersagen innerhalb des Periodensystems.
]]>In dieser Woche werden in Berlin zahlreiche Vorträge von Wissenschaftlern über Themen aus den Forschungsgebieten der 'Kernphysik' und der 'Elementarteilchenphysik' gehalten, vor allem für Schüler und die interessierte Öffentlichkeit. In einer Ausstellung kann spielerisch das Gebiet der Kernphysik Interessierten nähergebracht werden.
Für den Auftakt der Veranstaltung am 3. April hat sich die GSI eine kleine Aktion einfallen lassen: Ein sportlicher, rennradbegeisterter Mitarbeiter der GSI, Herr Dr. Heilmann, wird in zwei Tagen mit dem Fahrrad von Darmstadt nach Berlin fahren. Dabei wird das Thema "Reise zum Urknall und Evolution unseres Universums" anhand des Reiseweges zeitgerafft dargestellt.
Herr Dr. Heilmann wird zur Eröffnung dieser Veranstaltungsreihe am 3. April, 10.00 Uhr, Herrn Staatssekretär Wolf-Michael Catenhusen vom Bundesministerium für Bildung und Forschung Briefe des Oberbürgermeisters der Wissenschaftsstadt Darmstadt, Herrn Peter Benz, sowie der GSI überbringen.
Diese Aktion bietet die Möglichkeit in Publikationsorganen zu erscheinen, die durch Wissenschaft alleine nicht erreicht wird. Dieses medienwirksame Konzept soll auch für unsere Heimatstadt werben.
Vom 1. bis 3. April war der Rad-Kurier der GSI, Johannes Heilmann, mit dem Rennrad unterwegs, um die "Reise zum Urknall" von der GSI zur Urania, dem Ausstellungsort der 2. Großveranstaltung zum "Jahr der Physik", symbolisch nach zu vollziehen.
Er startete am Samstag um 7.15 Uhr bei GSI, und am Montag früh um viertel nach neun, nach einer Fahrzeit von knapp 22 Stunden, war es geschafft. Er überbrachte dem Parlamentarischen Staatssekretär Wolf Michael Catenhusen (MdB) Briefe des Darmstädter Oberbürgermeisters Peter Benz und der Geschäftsführung der GSI, zwei Videos über die "Tumortherapie mit schweren Ionen" und die "Reise zum Urknall" sowie den Sportwimpel der GSI. Die einwöchige Veranstaltung lockte über 15.000 Besucher an. Dies war der größte Besucherstrom pro Woche, den die Urania je hatte.
B o n n. Für interdisziplinäre Forschung hat die Hermann von Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren anlässlich ihrer Jahrestagung erstmals den Erwin-Schrödinger-Preis vergeben.
Der Preis wurde vom Stifterverband initiiert und mit 100.000 DM dotiert, "um ein Zeichen für das Engagement der deutschen Wirtschaft für die Wissenschaft zu setzen", sagte der Vorstandsvorsitzende des Stifterverbandes, Dr. Arend Oetker, in seiner Laudatio. Für beide seien Grenzüberschreitungen überlebensnotwendig. "Die Preisträger haben die Fähigkeit dazu in vorbildlicher Weise bewiesen; interdisziplinäre, aber auch institutsübergreifende und überregionale Zusammenarbeit charakterisieren ihren Erfolg", sagte Oetker.
Der Preis ging zur Hälfte an Professor Dr. Gerhard Kraft, Gesellschaft für Schwerionenforschung, Darmstadt, die andere Hälfte erhielten zu gleichen Teilen Dr. Wolfgang Enghardt, Forschungszentrum Rossendorf, und Privatdozent Dr. Dr. Jürgen Debus, Radiologische Universitätsklinik Heidelberg und Deutsches Krebsforschungszentrum Heidelberg.
Gewürdigt werden damit ihre herausragenden Beiträge zur Vorbereitung, Entwicklung und klinischen Einführung der Krebstherapie mit Ionenstrahlen.
Die Ionenstrahltherapie erlaubt eine wirksamere Bekämpfung von bislang nicht oder nur unbefriedigend behandelbaren lokal begrenzten Krebserkrankungen. Mit dem innovativen Verfahren ist es möglich, tiefliegende Tumore zu zerstören, ohne das umliegende gesunde Gewebe zu schädigen.
Das kooperative Projekt der Wissenschaftler aus Darmstadt, Rossendorf und Heidelberg zur Krebstherapie mit Ionenstrahlen steht international an vorderster Front, heißt es in der Begründung der Jury unter Vorsitz von Frau Professor Dr. Karin Mölling von der Universität Zürich. An keiner anderen Stelle seien die Probleme so umfassend, zielgerichtet und mit so vielen neuen Ideen und Methoden von Medizinern, Physikern, Radiologen und Ingenieuren angegangen worden.
Bei der Namenswahl für den Preis entschieden sich der Stifterverband und die Helmholtz-Gemeinschaft für den österreichischen Physik-Nobelpreisträger Erwin Schrödinger (1887-1961), der auch die Entwicklung der Biologie nachhaltig beeinflusste. Auf der Suche nach physikalischen Gesetzen des Lebens schlug er 1944 erstmals die Idee eines genetischen Codes vor - 10 Jahre, bevor dieser wirklich entdeckt wurde. Diese Gedanken des vielseitigen Physikers haben die Welt der Lebenswissenschaften revolutioniert.
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