Von Materie zu Materialien und Leben - in der molekularen Küche für die Innovationen von morgen

Was ist das Ziel?

Moderne Werkstoffe und Materialien bestimmen unseren Alltag: Metalle sind für den Bau von Autos, Schiffen und Flugzeugen unverzichtbar. Halbleiter fungieren als Basis für die Elektronik. Und Kunststoffe finden sich in beeindruckender Vielfalt fast überall. Um noch leistungsfähigere, ressourcen- und umweltschonendere Materialen zu entwickeln, wird eines immer wichtiger: Ein tiefes Verständnis darüber, wie ein Stoff im Detail aufgebaut ist und wie er sich auf der Ebene von Atomen und Molekülen verhält. Ähnlich ist es in der Medizin und der Biotechnologie: Um neue Medikamente zu entwickeln, müssen wir die Funktion der elementaren Lebensbausteine bis ins molekulare Geschehen hinein verstehen: Wie baut sich ein Enzym aus Atomen auf, wie genau spielt es mit anderen Biomolekülen zusammen? Und wie reagieren Biomoleküle auf äußere Einflüsse, etwa auf Strahlung, Zellgifte oder die Infektion durch ein Virus?

Was tut Helmholtz, um das Ziel zu erreichen?

Das Helmholtz-Forschungsprogramm „Von Materie zu Materialien und Leben“ erkundet sowohl die genaue Struktur als auch das exakte Verhalten von Zukunftsmaterialien und aussichtsreichen Biomolekülen – und legt damit den Grundstein für künftige Innovationen. Außerdem widmet es sich grundlegenden Problemen: Unter anderem untersuchen die Fachleute Materieproben, die Extrembedingungen ausgesetzt sind, wie sie sonst nur im Inneren von Sternen und Planeten herrschen. Oder sie beschießen Materie mit extrem intensiven Laserstrahlen und analysieren deren Verhalten. Das Verständnis von exotischen Phänomenen ermöglicht letzten Endes die ganz praktische Nutzung, wie zum Beispiel die Schwerionenphysik eine Grundlage für neue Formen der Krebstherapie bildet.

Beispiele aus der Forschung

Um die gesamte Bandbreite der Fragestellungen zu bearbeiten, betreibt Helmholtz eine ganze Reihe von wissenschaftlichen Großgeräten: Speicherringe und Röntgenlaser erzeugen intensive Röntgenblitze. Sie ermöglichen es, die unterschiedlichsten Proben extrem genau zu analysieren – neuartige Halbleiter, Proteine hochinfektiöser Viren oder Leichtbau-Werkstoffe der nächsten Generation. Zudem erlauben es die Röntgenblitze, ultraschnelle Prozesse zu verfolgen und so die Dynamik chemischer Reaktionen regelrecht zu filmen. Andere Anlagen erzeugen Neutronen, mit denen sich Magnetmaterialien, Batterien und komplette Motorblöcke buchstäblich durchleuchten lassen. Hinzu kommen Großlaser, Ionenbeschleuniger, Terahertz-Quellen sowie Labore, die extrem starke Magnetfelder erzeugen – allesamt Großgeräte, die weltweit zu den Top-Anlagen gehören.