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Frankfurter Goethe-Universität Die Sternenstaub-Forscher

Wissenschaftler des „HIC for Fair“ arbeiten auf dem Campus Riedberg im Giersch Science Center künftig unter einem Dach zusammen. Sie beteiligen sich an der Entwicklung der Teilchenbeschleunigeranlage bei Darmstadt. Dort soll das Innere von Atomkernen erforscht werden.

Frisch gestrichen: das Giersch Science Center auf dem Campus Riedberg in Frankfurt. Foto: peter-juelich.com

Um sich der Frage zu widmen, „was die Welt im Inneren zusammenhält“, wie der Präsident der Goethe-Universität Werner Müller-Esterl sagt, erhalten die Schwerionenforscher des „HIC for Fair“ nun ein gemeinsames Gebäude. Insgesamt soll es 250 Wissenschaftler auf dem Campus Riedberg der Frankfurter Uni einen Arbeitsplatz bieten. Das Helmholz International Center (HIC) versteht sich als Think Tank für den Teilchenbeschleuniger FAIR, der derzeit bei Darmstadt gebaut wird und 2018 in Betrieb gehen soll. Finanziert wurde das neue Domizil von der privaten Stiftung Giersch.

Das HIC for FAIR wurde 2008 im Zuge der hessischen Landesoffensive für ökonomische und wissenschaftliche Exzellenz (LOEWE) gegründet. Es ist das größte europäische Forschungsprojekt in der theoretischen Physik und eine Kooperation der Universitäten in Frankfurt, Darmstadt und Gießen, sowie des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS), des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und der Helmholtz-Gemeinschaft. Die Forscher am HIC beteiligen sich an der Entwicklung der Teilchenbeschleunigeranlage bei Darmstadt und arbeiten im Vorfeld etwa am Design der Experimente, die dort durchgeführt werden sollen.

250 Wissenschaftler tauschen sich aus

„Wir wollen verstehen, wie Materie aufgebaut ist“, sagt Marcus Bleicher, wissenschaftlicher Leiter des HIC. Das Interesse der Wissenschaftler gehe dabei „von den Sternen zu den Kernen“. Zwischen beiden besteht ein enger Zusammenhang, erklärt der Physiker: „Letztlich bestehen wir alle aus Sternenstaub – alle Elemente in unserem Körper, die schwerer als Eisen sind, sind Produkt vergangener Sternenexplosionen“.

Die Wissenschaftler erhoffen sich mit Hilfe der Anlage Erkenntnisse darüber, wie das Innere von Atomkernen aufgebaut ist. Dafür werden die Forscher in der FAIR-Anlage versuchen Eigenschaften von Neutronensterne zu simulieren. Als Neutronensterne bezeichnet man Sterne in ihrem „Endstadium“. Die einst riesigen astronomischen Objekte schrumpfen dann auf etwa 10 Kilometer Durchmesser zusammen, erläutert Bleicher. Zum Vergleich: Der Durchmesser der Sonne beträgt fast 1,4 Millionen Kilometer. Die sterbenden Sterne schrumpfen aber nicht bloß, sie verdichten sich dabei enorm. Ihre Masse ist deswegen trotz der geringen Ausdehnung größer als die der Sonne. „Das ist der Moment, an dem die Materie am dichtesten ist – bevor diese Sterne zu schwarzen Löchern zerfallen“, betont Bleicher.

Genau um diese Dichte geht es den Physikern. „Die Teilchenbeschleuniger kann man sich in dieser Hinsicht vorstellen, wie Motoren, die man entweder auf Dichte oder Temperatur hin optimiert“, sagt Bleicher. Der Beschleuniger des CERN in Genf ist darauf spezialisiert sehr hohe Temperaturen zu erzeugen. Die Anlage bei Darmstadt hingegen soll sich jener extremen Dichte annähern, die Neutronensterne aufweisen.

„Um das zu erreichen, werden wir so genannte schwere Ionen, das sind zum Beispiel Kerne von Goldatomen, fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen“, so Bleicher. Damit könne man eine enorme Verdichtung erreichen. Experimente dieser Art sollen mit der FIAS-Anlage erstmals möglich werden, sie dienen nicht nur der Beantwortung derart grundlegender Fragen, sondern auch der anwendungsorientierten Forschung. Einerseits gehe es dabei um die Materialforschung, so Bleicher, andererseits aber auch um Erkenntnisse im medizinischen Bereich, etwa hinsichtlich der Behandlung von Tumoren. Neben der Beschleunigerphysik wird am HIC auch über Laser sowie High-Performance-Computing geforscht.

Die eigentliche Forschung finde nicht bloß in den Labors oder an experimentellen Anlagen statt, sagt Bleicher. „Geforscht wird letztlich in den Köpfen.“ Ein entscheidender Teil der Arbeit sei die Theoriebildung, die Planung von Experimenten und deren Auswertung sowie vor allem die Diskussion mit Kollegen.

Das neue Büro- und Seminargebäude soll dafür ein besseres Umfeld bieten und den Wissenschaftlern ermöglichen enger zusammenzuarbeiten. Gekostet hat der Neubau neben dem Sitz des FIAS 7,15 Millionen Euro. Die private Stiftung Giersch hat beide Gebäude finanziert. Das HIC zahlt künftig 300.000 Euro Miete im Jahr, die die Stiftung in ein Graduiertenkolleg fließen lassen wird, das dort angesiedelt ist.

Die GSI hat vor, das Gebäude zu kaufen, Mittel dafür seien im Landeshaushalt eingeplant, sagt wissenschaftlicher Geschäftsführer Horst Stöcker. Das HIC solle langfristig ein Helmholtz-Institut werden.

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