Seit Frühjahr 2010 läuft er im Messbetrieb – der Large Hadron Collider (LHC) am Europäischen Teilchenforschungszentrum CERN in Genf. Meist beschleunigt er Wasserstoffkerne bis fast auf Lichtgeschwindigkeit, um sie frontal aufeinander zu schießen. Riesige Detektoren analysieren die Kollisionen und fahnden nach neuen, bislang unentdeckten Elementarteilchen, etwa dem Higgs-Partikel. GSI-Physikerinnen und -Physiker sind maßgeblich am ALICE-Experiment beteiligt.

Kosmische Ursuppe in Genf

HZB-Forscher um Professor Dr. Alan Tennant haben in 2010 mit britischen Kollegen erstmals in einem magnetischen Kristall verborgene Symmetrieeigenschaften entdeckt, die dem „Goldenen Schnitt“ entsprechen. Dieses Verhältnis zweier Längen von 1 zu 1,618 gilt seit der Antike als ästhetisches Ideal und kommt auch in der belebten Natur häufig vor.

Goldener Schnitt auch in der Nanowelt

Physikalische Methoden zählen heute zu den Standardwerkzeugen von Biologen und Medizinern – insbesondere, wenn die Experten grundlegende Prozesse in Zellen oder Proteinen analysieren wollen. Eines der wichtigsten Verfahren ist die Strukturanalyse mit Röntgenstrahlung. Hierbei werden Proteine mit starkem Röntgenlicht bestrahlt, um deren Aufbau und Funktionsweise zu entschlüsseln. Unter anderem lassen sich dadurch jene molekularen Mechanismen enträtseln, die hinter der Entstehung von Krankheiten stecken – etwa der Tuberkulose, nach wie vor einer der weltweit gefährlichsten Infektionserkrankungen.

Röntgenlupe für den Tuberkulose-Erreger

Tief unter der US-amerikanischen Amundsen-Scott-Station am geographischen Südpol hat ein internationales Team fast einen Kubikkilometer Eis mit hochempfindlichen Lichtsensoren bestückt. Die 5160 Digitalen Optischen Module oder DOMs sollen das schwache bläuliche Leuchten messen, das bei Reaktionen mit hochenergetischen Neutrinos entsteht. Jeweils 60 DOMs sitzen an einem Strang, der bis zu 2500 Meter tief ins Eis eingelassen ist. IceCube ist damit der größte Teilchendetektor der Erde.

Icecube am Südpol

In der Medizin oder für zerstörungsfreie Prüfverfahren wird die Röntgen-Computertomographie schon seit Jahrzehnten genutzt. Dabei werden die Schnittbilder aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen und durch ein Computerprogramm zu einem dreidimensionalen Bild verrechnet. Weil die Röntgenquelle jedoch mechanisch um das Objekt herumgeführt werden muss, ist das Verfahren zu langsam, um schnelle, dynamische Prozesse abzubilden. Dr. Martina Bieberle und ihre Kollegen vom Institut für Experimentelle Thermofluiddynamik des HZDR haben nun ein ultraschnelles 3D-Röntgen-CT entwickelt, das bis zu 500 Aufnahmen pro Sekunde schafft. Dies erlaubt neue Einblicke in das Innere komplexer Strömungen.

Dreidimensionale Strömungsbilder

Grundlagenforschung hat schon häufig zu überraschenden Anwendungen geführt. Die Ionenstrahltherapie gegen bestimmte Tumorarten ist ein herausragendes Beispiel dafür. Ursprünglich an der GSI entwickelt, kann diese Therapieform inzwischen am Heidelberger Ionenstrahl-Therapiezentrum mehreren hundert Tumor-Patienten jährlich helfen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am HZDR arbeiten bereits daran, die Ionen für eine solche Therapie auch mit Hochleistungslasern zu beschleunigen.

Ionenstrahlen gegen Krebs