Materie

Der Helmholtz-Forschungsbereich Materie erkundet die unterschiedlichsten Facetten – von den winzigen Elementarteilchen bis zum großen Ganzen, dem Kosmos: Wie hat sich das Universum seit dem Urknall entwickelt? Und wie sehen die Grundbausteine der Materie aus, was hält sie zusammen? Beide Fragen hängen eng miteinander zusammen: Jene Teilchen, die in den ersten Momenten des Universums entstanden waren, hatten seine Entwicklung entscheidend geprägt.

Ferner untersucht der Forschungsbereich jene Regionen, die zwischen diesen beiden Extremen liegen – zum Beispiel Kristalle, Kunststoffe oder Proteine. Deren Eigenschaften sind durch das Miteinander der Atome und Moleküle bestimmt, aus denen sie bestehen. Und je genauer wir das hochkomplexe Wechselspiel dieser Atome und Moleküle verstehen, umso zielgerichteter lassen sich neue Hightech-Werkstoffe, Elektronikmaterialien und Medikamente entwickeln. Indem wir die mikroskopische Struktur der unterschiedlichsten Materialien analysieren, schaffen wir nicht nur mitunter völlig unerwartete Erkenntnisse, sondern auch wesentliche Grundlagen für künftige Innovationen.

Um die Ziele zu erreichen, betreibt Helmholtz eine Reihe von hochklassigen wissenschaftlichen Großgeräten. So liefern die Synchrotronstrahlungsquellen PETRA III in Hamburg und BESSY II in Berlin hochintensives Röntgenlicht, mit dem sich der Aufbau von Nanomaterialien und Biomolekülen bis aufs Atom genau analysieren lässt. Außerdem ist Helmholtz maßgeblich an zahlreichen internationalen Forschungsanlagen beteiligt – etwa an dem stärksten Röntgenlaser der Welt, dem European XFEL in Hamburg oder den Experimenten am weltweit größten Teilchenbeschleuniger LHC am CERN in Genf. In Zukunft kommen weitere wissenschaftliche Leuchttürme hinzu: In Darmstadt entsteht mit FAIR der weltweit leistungsfähigste Beschleunigerkomplex für die Kern- und Hadronenphysik. Diese befasst sich mit der Erforschung aller Teilchen, die die winzigen Elementarteilchen Quarks enthalten und als Hadronen bezeichnet werden. FAIR soll unter anderem Antworten auf die Frage liefern, wie die chemischen Elemente im Inneren eines Sterns im Detail „gebacken“ werden.

Der Forschungsbereich Materie arbeitet eng mit anderen Helmholtz-Bereichen sowie mit Universitäten, Unternehmen und Forschungsorganisationen aus dem In- und Ausland zusammen. Damit schafft er Synergien zwischen grundlagen- und anwendungsorientierter Forschung und entwickelt sich weiter zum Magneten für den wissenschaftlichen Nachwuchs.

Der Forschungsbereich Materie hat eine neue Plattform geschaffen, um den Wissenstransfer und die öffentliche Präsentation zu fördern. Durch die Aktivitäten im Wissenstransfer sollen wissenschaftliche Erkenntnisse für die Gesellschaft zugänglich gemacht und in die Anwendung gebracht werden. Außerdem sollen Grundlagenerkenntnisse mit der Gesellschaft geteilt werden. Nutzer haben jetzt die Möglichkeit, die großen Forschungsinfrastrukturen virtuell zu erkunden und auf öffentliche Forschungsdaten und -software zuzugreifen.