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Gemeinschaftsprojekt mit der Universität Frankfurt und der TU Darmstadt

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat einen neuen Transregio-Sonderforschungsbereich (SFB-TRR) bewilligt, in dem Physikerinnen und Physiker der Goethe-Universität Frankfurt, der Universität Bielefeld und der Technischen Universität Darmstadt gemeinsam „Stark-wechselwirkende Materie unter extremen Bedingungen“ erforschen werden. Dafür hatten die Forscher für die nächsten vier Jahre rund 8 Millionen Euro beantragt. Professor Dr. Dirk Rischke von der Universität Frankfurt ist Sprecher, Professor Dr. Frithjof Karsch von der Universität Bielefeld sein Stellvertreter.

Mit „extremen Bedingungen“ sind hier hohe Temperaturen und Dichten gemeint, wie sie zum Beispiel in der ersten Millionstel Sekunde nach dem Urknall vorlagen: Einige Billionen Grad Celsius (das ist hunderttausendmal heißer als das Innere unserer Sonne) sowie das Mehrfache der in Atomkernen erreichten Dichte (mehrere 100 Millionen Tonnen pro Kubikzentimeter). Unter diesen Bedingungen ist Materie von der so genannten starken Wechselwirkung dominiert. Das ist eine der vier Grundkräfte der Physik. Sie ist zum Beispiel für den Aufbau der Atomkerne aus Protonen und Neutronen und für deren innere Struktur aus Quarks und Gluonen verantwortlich. Unter extremen Bedingungen bildet stark-wechselwirkende Materie neuartige Zustandsformen aus, vergleichbar mit den verschiedenen Aggregatzuständen des Wassers als Eis, Flüssigkeit und Gas. Während dies an großen Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf und in Zukunft am Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR) in Darmstadt experimentell untersucht wird, will der neue SFB-TRR die Thematik von theoretischer Seite her beleuchten.

In 14 Teilprojekten sollen hier die fundamentalen Eigenschaften stark-wechselwirkender Materie untersucht und auf die Physik im frühen Universum und in Schwerionen-Experimenten angewendet werden. Erklärtes Ziel ist es dabei, möglichst direkt von der fundamentalen Theorie der starken Wechselwirkung, der sogenannten Quantenchromodynamik (QCD), auszugehen. Diese Theorie, für deren Erforschung schon mehrere Nobel-Preise vergeben wurden, ist seit über 40 Jahren bekannt. Dennoch hat es sich vielfach als schwierig erwiesen, im Rahmen der QCD konkrete Vorhersagen zu machen. Insbesondere die Eigenschaften makroskopischer Ansammlungen stark-wechselwirkender Teilchen bei hohen Temperaturen und Dichten konnten noch nicht zufriedenstellend aus der QCD abgeleitet werden.

Einzigartig am neuen SFB-TRR ist in diesem Zusammenhang die Kombination von aufwändigen numerischen Simulationen auf Höchstleistungs-Supercomputern („Gitter-QCD“) mit analytisch basierten Methoden. „Dies geschieht in enger Zusammenarbeit, so dass wir die Stärken der jeweiligen Zugänge und die unterschiedlichen Expertisen an den drei Standorten optimal ausnutzen“, betont der Sprecher des SFB-TRR, Prof. Dirk Rischke von der Goethe-Universität Frankfurt. Prof. Jochen Wambach von der TU Darmstadt, zusammen mit Prof. Frithjof Karsch von der Universität Bielefeld Rischkes Stellvertreter, ergänzt: „Viele von uns kennen sich schon lange und haben auch früher schon erfolgreich zusammengearbeitet. Der Transregio stellt diese Zusammenarbeit aber auf eine völlig neue Stufe.“

Die gleichberechtigte Zusammenarbeit der drei Partneruniversitäten wird dadurch unterstrichen, dass bereits jetzt vereinbart wurde, die Sprecherschaft des SFB-TRR nach jeder Förderperiode bei erfolgreicher Verlängerung rotieren zu lassen. „Die komplexen theoretischen Fragestellungen sowie die derzeit stattfindenden und bereits geplanten Experimente in diesem auch international äußerst aktiven Forschungsgebiet werden in dem kommenden Jahrzehnt Anregungen für vielfältige Forschungsprojekte geben“, sagt Karsch. „Wir sind daher davon überzeugt, die maximale Laufzeit eines SFBs von zwölf Jahren mit interessanten Projekten ausfüllen zu können“, sind sich Rischke, Karsch und Wambach einig.

Kontakt:
Professor Dr. Frithjof Karsch und Professor Dr. Edwin Laermann, Universität Bielefeld
Fakultät für Physik
Tel.: 0521 106-6222  
E-Mail: edwin@physik.uni-bielefeld.de

Weitere Informationen:
•    DFG-Pressemitteilung zu neuen Sonderforschungsbereichen: http://www.dfg.de/service/presse/pressemitteilungen/2017/pressemitteilung_nr_16/index.html