Forschungsgebiet Struktur der Materie

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.