Die Aufgabe

Im Helmholtz-Forschungsbereich „Struktur der Materie“ werden die Bestandteile der Materie und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte in ganz unterschiedlichen Größenordnungen erforscht, von Elementarteilchen bis zu Strukturen im Universum.

Im Brennpunkt stehen dabei nicht nur einzelne Teilchen, sondern auch komplexe Phänomene in Festkörpern und Flüssigkeiten, die durch die Wechselwirkungen zwischen Myriaden von Atomen entstehen. Die Grundlagenforschung verhilft dabei auch zu Einsichten, die die Entwicklung von neuartigen Werkstoffen mit maßgeschneiderten elektronischen, mechanischen oder thermischen Eigenschaften ermöglichen.

Eine besondere Stärke der Helmholtz-Forschung kommt gerade in diesem Forschungsbereich zum Tragen: der Betrieb und der Einsatz von Großgeräten und komplexen Infrastrukturen für die Forschung. Ob Teilchenbeschleuniger, Synchrotron-Neutronen- oder Ionen-Quellen – die Helmholtz-Gemeinschaft stellt in diesem Forschungsbereich große, zum Teil weltweit einzigartige wissenschaftliche Infrastrukturen zur Verfügung, die von zahlreichen Forschern aus dem In- und Ausland genutzt werden. Mit dem geplanten Röntgenlaser European XFEL, der am Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY in europäischer Zusammenarbeit gebaut wird, entsteht eine Röntgenquelle, deren Spitzenleistung zehn Milliarden Mal höher ist als die aller bislang gebauten Geräte.

Eine weitere Großforschungsanlage mit internationaler Beteiligung entsteht an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt. Die „Facility for Antiproton and Ion Research FAIR“ ist eine Beschleunigeranlage der nächsten Generation, die Antiprotonen- und Ionenstrahlen mit bisher unerreichter Intensität sowie sehr hohen Energien liefern wird.

Ein wichtiges Element ist der Ausbau der Vernetzung mit Universitäten und Max-Planck-Instituten. Die Allianzen „Physik an der Teraskala“ und „Extreme Dichten und Temperaturen – Kosmische Materie im Labor“ haben in den letzten Jahren maßgeblich zur Erreichung dieses Ziels beigetragen und zu einer deutlich verbesserten Koordination der deutschen Gruppen geführt.

Zur Stärkung der Eigenforschung tragen die neu gegründeten Helmholtz-Institute in Mainz und insbesondere in Jena bei, die zusätzliche Expertisen u. a. auf den Gebieten beschleunigerrelevante Laser-Technologien und Präzisions-Röntgenspektroskopie-Methoden einbringen. Die enge Vernetzung mit Universitäten und Forschungszentren aus dem In- und Ausland soll über die Forschungsplattformen CFEL, KNMF, NanoLab, EMSC und CSSB weiter verstärkt werden.

Die Forschung im Bereich Struktur der Materie ist eingebettet in nationale und internationale Roadmaps, die die Ausrichtung der Forschungsarbeiten in den einzelnen Programmen auf Zeitskalen von zehn bis fünfzehn Jahren festlegen. Diese Grundlagenforschung liefert gleichzeitig eine Vielzahl von Impulsen für technologische Entwicklungen.

Beteiligte Helmholtz-Zentren

Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY

Forschungszentrum Jülich

Karlsruher Institut für Technologie

Helmholtz-Zentrum Geesthacht

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie

Zum Jahreswechsel 2009 fusionierte das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB, vormals Hahn-Meitner-Institut) mit dem Forschungszentrum BESSY zur größten Forschungseinrichtung in Berlin unter dem Namen Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie.

Die Programmstruktur in der Förderperiode 2010-2014

Seit Beginn der zweiten Programmperiode 2010 arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in vier Programmen, das Programm Kondensierte Materie wurde in den Forschungsbereich Schlüsseltechnologien überführt:

• Elementarteilchenphysik
• Astroteilchenphysik
• Physik der Hadronen und Kerne
• Forschung mit Photonen, Neutronen und Ionen

Alle Programme basieren auf der engen Wechselbeziehung zwischen Theorie und Experiment, und einige der Programme sind wissenschaftlich und technologisch untereinander verknüpft. Dabei ist ein Ziel, die Forschungsinfrastrukturen weiterzuentwickeln, effizient einzusetzen und die Nutzer optimal zu unterstützen, um die Führungsrolle von Helmholtz-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern auf diesem Gebiet gemeinsam mit nationalen und internationalen Partnern zu stärken.