Profilbereich Space, Time & Matter


Raum, Zeit und Materie sind die Grundbausteine jeder wissenschaftlichen Theorie und werden in diesem Profilbereich in ihren faszinierendsten Erscheinungsformen erforscht.


Luciano Rezzolla (Theoretische Astrophysik),
Gründungssprecher des Profilbereichs Space, Time & Matter

Maria Roser Valenti (Theoretische Physik), 
Gründungssprecherin des Profilbereichs Space, Time & Matter

Forschungsschwerpunkte

Die Forschung im Profilbereich "Space, Time & Matter“ widmet sich den physikalischen und mathematischen Grundlagen der Naturwissenschaften. Die Integration/Verzahnung von Raum, Zeit und Materie schlägt Brücken von den elementaren Materiebausteinen der Teilchen-, Kern- und Atomphysik zu deren kollektivem Zusammenwirken in Festkörpern, künstlich herstellbaren Quantenmaterialien, in der Atmosphäre und dem Inneren von Erde, Planeten und Neutronensternen. Die Untersuchung von Raum, Zeit und Materie erfordert mathematisch präzise und effiziente Methoden und Algorithmen, um ihre Dynamik zu simulieren und zu analysieren, und wirft neue herausfordernde geometrische Fragen auf.

Materie unter extremen Bedingungen

Im Forschungsschwerpunkt untersucht werden die extremen Temperaturen und Dichten im frühen Universum und im Inneren kompakter Sterne. Dazu werden Kollisionen schwerer Ionen bei CERN-LHC und GSI-FAIR oder von Neutronensternen genutzt.

Struktur, Eigenschaften und Prozesse in der tiefen Erde

Der Forschungsschwerpunkt beschäftigt sich mit den Eigenschaften von Materie auf der Erde bei extremen Temperaturen und Drücken und leitet ein quantitatives Verständnis großräumiger Prozesse wie Magmatismus und Tektonik ab.

Kondensierte Materie und Quantenmaterialien

Im Zentrum des Forschungsschwerpunkts stehen neuartige Phänomene, die aus einer Kopplung zwischen elastischen Eigenschaften von Quantenmaterialien und ihren elektronischen Quantenphasen resultieren, sowie Vielteilchenphänomene in synthetischer Quantenmaterie.

Lichtgetriebene Prozesse in Atomen, Molekülen und Organismen

Gegenstand des Forschungsschwerpunkts sind Licht-Materie-Wechselwirkungen in Atomen, Molekülen, Festkörpern und biologischen Systemen. Mithilfe von Licht werden Methoden entwickelt zur Steuerung von Prozessen in komplexen Systemen.

Mehrskalendynamik der Atmosphäre

Der Forschungsschwerpunkt widmet sich herausfordernden Problemen in der Atmosphärenphysik, von Kondensationskernen auf molekularer Ebene, Wolken, Turbulenz, atmosphärischen Wellen und Wetter bis hin zu großräumigen Mustern der Klimavariabilität.

Algorithmen und Komplexität

Im Forschungsschwerpunkt entwickelt werden neue, mathematisch präzise Techniken für den Entwurf und die Analyse von Algorithmen, die für die Simulation, Rekonstruktion, Steuerung und Optimierung der Dynamik in Netzwerken benötigt werden.


ERC Grants

  • ERC Advanced Grant "JETSET: Launching, propagation and emission of relativistic jets from binary mergers and across mass scales" (Luciano Rezzolla, FB 13)

Emmy Noether-Programm 

  • "Stochastische Prozesse in der Evolution von Parasiten" (Cornelia Pokalyuk, FB 12) 
  • "Die mechanistischen Grundlagen der Biogenese der äußeren Membran erforscht unter in-situ Bedingungen mit EPR Spektroskopie" (Benesh Joseph, FB 13) 

Heisenberg-Programm 

  • "Exotische Mesonen mit Gitter-QCD" (Marc Wagner, FB 13) 
  • "Kruste-Mantel-Entwicklung und Volatilzyklen des Erdinnern im Verlauf der Zeit" (Sonia Aulbach, FB 11)

Beteiligte wissenschaftliche Zentren

  • FIAS - Frankfurt Institute for Advanced Studies

Beteiligte Infrastrukturzentren

  • CSC - Center for Scientific Computing
  • FIERCE - Frankfurt Isotope & Element Research Center

Beteiligte GRADE-Center

  • GRADE CompuMath 
  • GRADE Hadron and Ion Research
  • FAIR - Facility for Antiproton and Ion Research in Europe 
  • HZ GSI - Helmholtzzentrum für Schwerionenforschnung 
  • HFHF - Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR