Der Forschungsbereich "Materie"

Beteiligte Helmholtz-Zentren

• Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
• Forschungszentrum Jülich (FZJ)
• GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
• Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB)
• Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)
• Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung (HZG)
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Programme: Der Forschungsbereich "Struktur der Materie" wird mit neuem Namen "Materie" und stark veränderter Programmstruktur in die neue Programmperiode gehen und seine Aktivitäten ab 2015 in drei Programmen bündeln:

• Matter and the Universe
• From Matter to Materials and Life
• Matter and Technologies

Wissenschaftliche Herausforderungen

Im Forschungsbereich Materie erforschen die oben genannten Helmholtz-Zentren DESY, FZJ, GSI, HZB, HZDR, HZG, und KIT die Struktur und Funktion von Materie in all ihren Erscheinungsformen - von der Ebene der Elementarteilchen und ihrer grundlegenden Wechselwirkungen bis hin zu komplexen molekularen Strukturen in Materialien und biologischen Systemen. Der Forschungsbereich liefert damit die grundlegende Wissensbasis, die zum einen für ein verbessertes Verständnis unseres Universums und zum anderen für das Design maßgeschneiderter Materialen und Wirkstoffe der Zukunft unabdingbar ist. Zu den großen Fragen und Herausforderungen, für die der Forschungsbereich in den kommenden Jahren Antworten und Lösungen sucht, gehören:

• ein verbessertes Verständnis des Ursprungs und der Entwicklung unseres Universums auf der Quantenebene,
• die Erforschung der verschiedenen Formen von kosmischer und exotischer Materie im Labor, und,
• das Verständnis und die Kontrolle der Funktion von Materie, neuen Materialien und Wirkstoffen auf der molekularen Ebene und auf relevanten Zeitskalen.

Um diesen Herausforderungen besser begegnen zu können, hat sich der Forschungsbereich in drei Programmen neu strukturiert. In dem ersten Programm "Matter and the Universe" werden die teilchenphysikalischen Aktivitäten der Elementarteilchen-, Hadronen- und Kern- sowie der Astroteilchenphysik zusammengefasst. Das zweite Programm "From Matter to Materials and Life" befasst sich mit der Eigenforschung an den wissenschaftlichen Großgeräten, die der Forschungsbereich entwickelt, baut und betreibt, und die auf großen Forschungsinfrastrukturen basieren. Das dritte Programm beinhaltet Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Beschleuniger- und Detektorphysik, die die Grundlage der ersten beiden Programme und damit des gesamten Forschungsbereichs bilden.

Gutachteraussaugen und Empfehlungen zum gesamten Forschungsbereich Materie

Die Gutachterinnen und Gutachter bewerteten die wissenschaftliche Qualität der drei Programme im nationalen und internationalen Vergleich als herausragend und wiesen auf die besondere strategische Relevanz der Forschung für Gesellschaft, Industrie und Forschung hin. Dieses grundlegend positive Ergebnis wird von einer Reihe von Stellungnahmen und Empfehlungen der Gutachter begleitet, die für die künftige Arbeit von großer Bedeutung sind. Programmübergreifend wurde insbesondere die Bedeutung des Themas "Big Data" gesehen, vor allem mit Blick auf Daten-Management und Daten-Analyse. Die Entwicklungen im Kontext laufender Aktivitäten, wie "Large-Scale Data Management and Analysis" (LSDMA), "High Data Rate Initiative" (HDRI) und beim Grid- (und Super-) Computing sollen dementsprechend konsequent und synergetisch in künftige Überlegungen und Aktivitäten einbezogen, sowie Verbindungen zu den Aktivitäten in den anderen Forschungsbereichen hergestellt und gestärkt werden. Angesichts ihrer steigenden Bedeutung soll diese forschungsbereichsübergreifende Initiative erweitert werden auf Analysen und Simulationen komplexer Strukturen.

Empfehlungen zur Finanzierung durch den Helmholtz-Senat

Für 2015 sind für den Forschungsbereich Zuwendungen in Höhe von 513 Millionen Euro und ein jährlicher Aufwuchs von rund drei Prozent vorgesehen. Daneben wurden Sonderfinanzierungen zur Deckung von Betriebs- bzw. Baukosten für große Forschungsanlagen beschlossen.

Wesentliche Schwerpunkte und Gutachteraussagen zu den einzelnen Programmen im Forschungsbereich

Matter and the Universe

Gutachtervorsitzende: Prof. Dr. Felicitas Pauss, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich), Schweiz

Das Programm bündelt Elementar- und Astroteilchenphysik, die Physik der Hadronen und Kerne sowie die Atom- und Plasmaphysik, um grundlegende Fragen nach dem Ursprung, der Struktur und der Zukunft des Universums zu beantworten. Des Weiteren werden die Bausteine der Materie und ihre Wechselwirkungen sowie die Entstehung komplexer Strukturen untersucht. Diesen Forschungsfragen nehmen sich die Helmholtz-Wissenschaftler in großen internationalen Kollaborationen an. Dabei sind sie in drei Helmholtz Allianzen "Physik an der Teraskala", "Extreme Dichten und Temperaturen - Kosmische Materie im Labor" und "Astroteilchenphysik", mit Kollegen anderer Forschungszentren, Universitäten und Max-Planck-Instituten vernetzt. Ihnen stehen einzigartige Großgeräte und Infrastrukturen zur Verfügung, zum Beispiel der weltweit größte Teilchenbeschleuniger LHC am CERN, Beschleunigerkomplexe bei GSI und FZJ sowie zahlreiche große Detektoren, unterirdische Labore oder Observatorien, mit denen sie tief in den Kosmos blicken können. Die beantragten Programmthemen sind aus Sicht der Gutachter anspruchsvoll, sie beinhalten fundamentale Fragen der Elementarteilchen-, Astroteilchen-, sowie Hadronen- und Kernphysik. Die Umsetzung der Pläne macht die Beteiligten der Helmholtz-Gemeinschaft im weltweiten Vergleich zu führenden Partnern an vorderster wissenschaftlicher Front.

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Johannes Blümer, Karlsruher Institut für Technologie; Pressestelle: Monika Landgraf, Telefon: 0721 / 608-47414, monika.landgraf@kit.edu

From Matter to Materials and Life

Gutachtervorsitzender: Prof. Dr. William Stirling, Institut Laue-Langevin (ILL), Frankreich

Die Forschung des Programms besteht aus der Eigenforschung an den von Helmholtz betriebenen Großgeräten dieses Programms. Mithilfe modernster Strahlungsquellen und Großgeräten untersuchen die Forscher Strukturen, dynamische Vorgänge und Funktionen von Materie und Materialien. Dabei arbeiten sie eng mit den Partnern aus Universitäten und Industrie zusammen. Forschungsschwerpunkte sind zum Beispiel die Untersuchung von Übergangszuständen in Feststoffen, Molekülen und biologischen Systemen, oder die Arbeit an maßgeschneiderten intelligenten Funktionsmaterialien und dem Design von neuen Materialien für den Energiesektor, sowie für Transportsysteme und Informationstechnologien. Ein weiteres Ziel ist es, den molekularen Aufbau von Wirkstoffen und deren Eigenschaften verbessern zu können. Dafür stehen internationalen Forschungsgruppen und Kooperationspartnern große Neutronen- und Ionenanlagen sowie Hochfeld-Magnetlabore und zukünftig auch internationale Einrichtungen, wie der European XFEL und FAIR zur Verfügung. Die Gutachter unterstützen die Ziele der Programme, sowie die darin ausgewiesene Struktur und Organisation. Sie bescheinigen der Eigenforschung an den Großforschungsanlagen ein im internationalen Vergleich hohes Niveau. Die in dem Programmantrag skizzierten Strategien und Ausbaupläne sind nach Ansicht der Gutachter gut abgestimmt und an den "Roadmaps" der internationalen Forschungsinfrastrukturen ausgerichtet, sie stehen ihrer Meinung nach in voller Übereinstimmung mit der Mission der Helmholtz-Gemeinschaft.

Kontakt: Programmsprecher: Prof. Dr. Andreas Schreyer, Helmholtz-Zentrum Geesthacht; Pressestelle: Torsten Fischer, Telefon: 04152 / 87-1677, torsten.fischer@hzg.de

Matter and Technologies

Gutachtervorsitzender: Prof. Dr. Francesco Sette, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Frankreich

Dieses Programm entsteht aus zwei derzeit laufenden Portfoliothemen mit dem Ziel, das technologische Knowhow der verschiedenen Helmholtz-Zentren zu bündeln und den Forschungsbereich strategisch weiterzuentwickeln. Zu den Herausforderungen und Zielen gehören die Erforschung und Entwicklung neuer Beschleunigertechnologien sowie die Entwicklung neuer Detektorsysteme für ein vielfältiges Anwendungsspektrum. Als weitere Forschungsschwerpunkte sollen auch Aktivitäten zu Hochleistungscomputern und zur Datenspeicherung fortgeführt werden. Das Programm zielt darauf ab, den grundlegenden Wissenstransfer zwischen den Helmholtz-Zentren, Forschungsorganisationen, der Industrie und den Forschungsbereichen der Helmholtz-Gemeinschaft zu befördern und die Partner stärker miteinander zu vernetzen. Die Gutachtergruppe begrüßt das ehrgeizige Ziel der Helmholtz-Gemeinschaft, ein neues Programm aufzusetzen und die Aktivitäten von sechs Helmholtz-Zentren auf dem Gebiet der Forschung und Entwicklung der Teilchenbeschleuniger und Detektoren zu etablieren. Die Etablierung der zwei Programmthemen "Accelerator Research and Development" und "Detector Technology and Systems" wird wissenschaftlich als äußerst aussichtsreich und profitabel angesehen. Der Programmantrag wird von der Gutachtergruppe vollständig unterstützt, ebenso die vorgeschlagene Programmstruktur und -organisation. Es ist für die Gutachtergruppe unbestritten, dass die Programmthemen von maßgeblicher Bedeutung für den Forschungsbereich Materie sind.

Kontakt: Programmsprecher: Dr. Ties Behnke, Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY); Pressestelle: Thomas Zoufal, Telefon: 040 / 8998-1666, thomas.zoufal@desy.de