Forschung
Forschungsschwerpunkte
Materie unter extremen Bedingungen
Während der Entwicklung des frühen Universums und im Inneren von kompakten astrophysikalischen Objekten sind extreme Temperaturen und Dichten realisiert, die auf der Erde nicht natürlich vorkommen und nur für Sekundenbruchteile mittels Schwerionenkollisionen, beispielsweise bei CERN-LHC oder GSI-FAIR, hergestellt und studiert werden können. Der Forschungsschwerpunkt Materie unter extremen Bedingungen untersucht die mikroskopischen Wechselwirkungen und daraus resultierenden Eigenschaften von Materie unter solchen Bedingungen, wofür auch umfangreiche technologische Entwicklungen auf dem Gebiet der Beschleuniger- und Detektorphysik erforderlich sind. Dieser Schwerpunkt umfasst Forschungen aus dem Institut für Kernphysik, dem Institut für Theoretische Physik und dem Institut für Angewandte Physik.
Seit ihrem ersten Nachweis 2015 sind die Gravitationswellen, die bei der Fusion von kompakten astrophysikalischen Objekten entstehen, zu einem unverzichtbaren Werkzeug geworden, um die Gravitationswechselwirkung größter Massen sowie das Verhalten von Materie unter extremen Bedingungen zu vermessen. Im Potenzialfeld Astrophysik und Gravitationswellen werden insbesondere Verschmelzungen von Neutronensternen untersucht, die direkte Informationen über allgemeine Eigenschaften von Materie bei Kerndichten und darüber hinaus liefern. Die Arbeiten auf diesem Gebiet haben direkte Verbindungen mit benachbarten Forschungsfeldern, wie z.B. der Schwerionenphysik. Gegenstand weiterer theoretischer und experimenteller Untersuchungen ist die Genese der schweren chemischen Elemente im Verlauf solcher astrophysikalischen Prozesse.
Kondensierte Materie und Quantenmaterialien
Der Forschungsschwerpunkt Kondensierte Materie und Quantenmaterialien untersucht neuartige physikalische Phänomene von Festkörpern verschiedener Größe (von nano-skalig bis makroskopisch), die sich aus einer besonders starken Kopplung zwischen den elastischen Eigenschaften des Materials und seinen elektronischen Quantenphasen ergeben. Die Untersuchungen richten sich auf kollektive Phänomene wie unkonventionelle Supraleitung, frustrierter Magnetismus, elektronische Multiferroelektrizität sowie topologische Quantenzustände und stellen damit eine Verbindung dar zum Forschungsschwerpunkt Lichtgetriebene Prozesse in Atomen, Molekülen und Organismen. Vielteilchen-Phänomene dieser Art werden auch in Quantensimulatoren, bestehend aus Licht und ultrakalten Atomgasen, untersucht. Diese Systeme realisieren einerseits synthetische Quantenmaterie mit hochgradig regelbaren Eigenschaften, und stellen andererseits auch einen Bezug zum Forschungsschwerpunkt Materie unter extremen Bedingungen her, da für diesen relevante Modellsysteme simuliert werden können. Arbeiten zu diesem Forschungsschwerpunkt werden mm Physikalischen Institut sowie am Institut für Theoretische Physik durchgeführt.
Lichtgetriebene Prozesse in Atomen, Molekülen und Organismen
Der Forschungsschwerpunkt Lichtgetriebene Prozesse in Atomen, Molekülen und Organismen spannt einen Bogen von isolierten Atomen bis hin zu lichtgesteuerten Prozessen in Lebewesen. Er bildet so eine Brücke zwischen den Profilbereichen Raum, Zeit und Materie und Struktur und Dynamik des Lebens und verknüpft die klassischen Disziplinen Physik, Chemie und Biologie. Wichtig ist hier qSubCellArc - quantitative Sub-Cellular Architecture (2021 - 2025), das in der universitätsinterne Förderlinie "Clusterprojekte" unterstützt wird. Studien an Atomen und einfachen Molekülen ermöglichen die detaillierte Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie. Licht erlaubt es, Festkörper wie Quantenmaterialien oder beispielsweise in Organismen auftretende Moleküle gezielt zu manipulieren und ihre Dynamik zu verstehen. Es werden Verfahren entwickelt, die es ermöglichen, Prozesse in komplexen Systemen bis hin zu lebenden Organismen mit Licht zu steuern und darstellbar zu machen. Am Fachbereich Physik wird dieser Forschungsschwerpunkt von Forscherinnen und Forschern des Instituts für Kernphysik sowie des Instituts für Biophysik bearbeitet.
Research networks
- Clusterprojekt ELEMENTS - Exploring the Universe from microscopic to macroscopic scales (HMWK, 2021 – 2025)
- SCALE - quantitative Sub-Cellular Architecture (2021 - 2025; Clusterinitiative qSubCellArc)
DFG
- SFB-TR 211 – Strong-Interaction Matter under Extreme Conditions (2. Förderperiode 2021 - 2025)
- SFB-TR 288 – Elastic Tuning and Response of Electronic Quantum Phases of Matter (ELASTO-Q-MAT; seit 2020)
- SFB 1319 - Extremes Licht für die Analyse und Kontrolle von molekularer CHiralität (ELCH; seit 2018)
- DFG Graduiertenkolleg 2566 iMol - Interfacing image analysis and molecular life-science (seit 2021)
- DFG Forschungsgruppe 2414 - Artificial Gauge Fields and Interacting Topological Phases in Ultracold Atoms (seit 2016)
- DFG Forschungsgruppe 5249 - QUAntitative Spatio-Temporal Model-Building for Correlated Electronic Matter (QUAST; seit 2021)
- DFG SPP 2041 - Computational Connectomics (seit 2017)
BMBF
- BMBF Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T01 Run 3 - Untersuchung des Quark-Gluon-Plasmas am LHC mit ALICE (2021 - 2023)
- BMBF Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T06 - Bau von Komponenten für das CBM Experiment bei FAIR (2021 - 2023)
- diMEx - Digitale Kompetenz beim Modellieren und Experimentieren im Physikunterricht, BMBF-Teilprojekt aus der Qualitätsoffensive Lehrerbildung (2020 - 2023)
- Фactio -Professionelles Handeln von angehenden Physiklehrkräften, BMBF-Teilprojekt aus der Qualitätsoffensive Lehrerbildung (2020 - 2023)
- E²piMINT - Evidenzbasierte Entwicklung praxistauglicher, inklusiver MINT-Vermittlungskonzepte für die Schule(2022 – 2025) (Ergebnisse für Lehrkräfte finden sich auf: https://www.bio.uni-frankfurt.de/162697607)
EU
- ChETEC-INFRA: Chemical Elements as Tracers of the Evolution of the Cosmos - Infrastructures for Nuclear Astrophysics, Prof. Dr. René Reifarth, Institut für Angewandte Physik
- CREMLINplus: Connecting Russian and European Measures for Large-scale Research Infrastructures, Prof. Dr. Joachim Stroth, Institut für Kernphysik
LOEWE
- LOEWE-Schwerpunkt CMMS - Center for Multiscale Modelling in Life Sciences (2020 - 2023)
Sonstiges
- GW4SHM: Guided Waves for Structural Health Monitoring, Dr.-Ing. Jochen Moll, Physikalisches Institut (2020 - 2023)
- MINT-Personal, Verbundprojekt der Telekom-Stiftung mit TU Darmstadt und IPN Kiel (2020 - 2023)
MaNa-Exe - Mathematisch naturwissenschaftliches Experimentieren im Primarbereich (2024 – 2026)
Individualförderung
- ERC Advanced Grant JETSET - Launching, propagation and emission of relativistic jets from binary mergers and across mass scales (Prof. Dr. Rezzolla; 2021-2026)
- ERC Starting Grant 3DTunneling - Tunnel ionization in three-dimensional tailored light fields (Dr. S. Eckart; 2023-2028)
