„Exzellenzcluster“
Origin and Structure of the Universe – The Cluster of Excellence
for Fundamental Physics
zur
Webseite des Clusters
Mit Beteiligung des Physik Departments
Nanosystems Initiative Munich
Munich Center for Integrated Protein Science
Munich-Centre for Advanced Photonics
Origin and Structure of the Universe – The Cluster of Excellence for Fundamental Physics
Sprecher: Prof. Paul
In diesem Exzellenzcluster erforschen Astrophysiker, Kern- und Teilchenphysiker
gemeinsam einige der bedeutendsten, ungelösten Fragen der modernen Wissenschaft:
die innerste Struktur von Materie, Raum und Zeit; die Natur der Fundamentalkräfte;
und die Struktur, Geometrie und Zusammensetzung des Universums. Das Projekt
hat sein Zentrum in Garching, einem der größten und aktivsten Zentren
der Welt im Bereich der fundamentalen Physik und Astrophysik. Wissenschaftler
des Clusters beteiligen sich aktiv in internationalen Kollaborationen am Bau
der größten, weltweit einzigartigen wissenschaftlichen Einrichtungen
der Astro- und Teilchenphysik, um damit den verborgenen physikalischen Eigenschaften
des Kosmos auf die Spur zu kommen.
Mit raffinierten Experimenten, astronomischen Beobachtungen, aufwendigen
numerischen Simulationen und neuen theoretischen Modellen werden fundamentale
Schlüsselfragen der Physik untersucht, die die kleinsten Skalen mit den
größten Skalen des Kosmos verbinden. Die Eigenschaften der Kräfte
und der Materie bei extrem hohen Energien und extrem kleinen Abständen
werden Einblicke in den Ursprung und die Vereinheitlichung der 4 Fundamentalkräfte
der Natur liefern. Diese wiederum bestimmen die frühe Entwicklung des
Universums. Der im Rahmen des Standardmodells der Teilchenphysik rätselhafte Überschuss
an Materie im Vergleich zur Antimaterie im Universum wird untersucht werden.
Man wird nach Hinweisen für Supersymmetrie suchen, der derzeit aussichtsreichste
Kandidat für eine Erweiterung des Standardmodells. Die Natur der dunklen
Materie und der dunklen Energie werden erforscht, die die Masse und Expansion
des Universums dominieren.
Auf einer noch fundamentaleren Ebene werden Clusterwissenschaftler neue Theorien
der Quantengravitation studieren, um mögliche Zusammenhänge zwischen
der dunklen Energie, der Entstehung der Masse und der Struktur von Raum und
Zeit zu entdecken. Die Entstehung von schwarzen Löchern und die Elementanreicherung
des Universums werden untersucht. 10 neu gegründete Nachwuchsgruppen
werden in einem speziell für das Cluster vorgesehenen Bürogebäude
arbeiten, das gleichzeitig das Herz des Clusters bildet. In diesem Wissenschaftszentrum
ist auch die Clusteradministration angesiedelt, sowie Wissenschaftler aus
dem Pool der strategischen Partner und weitere eingeladene Gäste. Dieses
Cluster bietet jungen Nachwuchswissenschaftlern die einmalige Gelegenheit
zum Aufbau einer erfolgreichen Karriere in einem der interessantesten interdisziplinären
Gebiete der modernen Grundlagenforschung.
Link
zur Webseite des Clusters
Mit Beteiligung des Physik Departments
Im Rahmen der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder wurden
beide Münchener Universitäten und die
Universität Karlsruhe zu Eliteuniversitäten gekürt. Auch
das Walter Schottky Institut ist
an zwei Initiativen maßgeblich beteiligt.
Die Forscher des Zentralinsituts der Technischen Universität München
arbeiten aktiv am Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM)
und an der International Graduate School for Science
and Engineering (IGSSE) mit und können dafür in den nächsten
Jahren mit Forschungsförderung in Millionenhöhe rechnen.
Nanosystems Initiative Munich
Im Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich (NIM) arbeiten Wissenschaftler verschiedener Forschungseinrichtungen im Münchner Raum aus der Physik, der Biophysik, der physikalischen Chemie, der Biochemie, der Biologie, der Elektrotechnik und der Medizin eng zusammen. Der Cluster wird gemeinsam vom Center for Nano Science (CeNS) der LMU (Prof. Jörg P. Kotthaus) und dem Walter Schottky Institut der TUM (Prof. Gerhard Abstreiter) koordiniert.
Im Laufe von Jahrmillionen hat die Natur ihre Fähigkeit perfektioniert, Nanobestandteile aus harter und weicher Materie zu größeren und dennoch funktionalen Modulen zu vereinen – eben dies versucht nun auch die hoch interdisziplinäre Nanowissenschaft. Herausragendes Forschungsziel des Clusters ist es, eine Reihe von künstlichen und multifunktionalen Nanosystemen zu entwerfen, herzustellen und zu kontrollieren. Letztlich sollen dann auch miteinander verbundene und interagierende Netzwerke aus künstlichen Nanomodulen realisiert werden.
Mit Hilfe von Nanosystemen soll auch bereits vorhandenes Wissen nutzbar gemacht werden in der Informationsverarbeitung, den Lebenswissenschaften – und an der Grenze zwischen beiden Gebieten. Mögliche Anwendungen finden sich als neue Wege in der Informationsverarbeitung dank Quantencomputer und/oder molekularer Elektronik, aber auch für hoch parallelisierte biochemische Analysen in der Medizin. Aber auch schon jetzt spielen Nanosysteme eine große Rolle in der Informationstechnologie: In Computern und in der Kommunikationstechnologie werden die elektronischen Bauteile zunehmend kleiner. Diese Entwicklung kann nicht unbegrenzt fortgesetzt werden, und stößt an Grenzen wenn der Nanometer Größenbereich erreicht ist. Dann nämlich zeigen sich oft neue physikalische Effekte, die sich als Probleme für den konventionellen Einsatz erweisen – und als Chance für Innovationen und neue Anwendungen. Aber auch in den Lebenswissenschaften und der Medizin gewinnen Mikro- und Nanosysteme an Bedeutung. So könnten sie unter anderem in lebende Organismen eingebracht werden, etwa um ein Krebsmedikament selektiv zu den Tumorzellen zu bringen.
Die zehn Forschungsschwerpunkte des Clusters sind:
Single-electron and –spin nanosystems, Nanophotonic systems, Quantum
information nanosystems, Nanotransducers, Functional nano-networks, Nanoanalytics
and enabling techniques, Nanostructured surfaces and cell-substrate interaction,
Single molecule biophysics, Nanoagents and advanced cell imaging, Programmed
drug delivery
Munich Center for Integrated Protein Science
Im Munich Center for Integrated Protein Science (MCIPS) werden u.a. Prof. Rief und Prof. Hugel optische und mechanische Methoden zur Untersuchung der Funktion und Dynamik von Proteinen auf allen Längen- und Zeitskalen entwickeln und anwenden.
Munich-Centre for Advanced Photonics
Moderne Photonik stellt eine Grundlage für Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts dar. Fast überall spielen die Photonen eine wichtige Rolle, sei es in der Grundlagenforschung auf der Suche nach einem besseren Verständnis des Universums, nach neuen Eigenschaften und Zuständen von Materie oder wenn es in der Technologie um die Grenzen der Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen, um fundamentale Neuentwicklungen bei der Hard- und Software in der molekularen Elektronik und um die künftige Quanteninformations¬verarbeitung geht.
Das neue, gemeinsam mit der Max-Planck-Gesellschaft eingerichtete Zentrum der beiden Münchener Universitäten widmet sich diesen und anderen Bereichen mit einer erstaunlichen Spannweite von Forschungs- und Anwendungsthemen. Durch eine Erweiterung der vorhandenen Arbeitsgruppen in München wird in dem Zentrum eine Infrastruktur für Photonik mit einem Netzwerk aus Physikern, Biologen und Medizinern aufgebaut, das sich große wissenschaftliche und technologische Ziele gesetzt hat. Es geht hier beispielsweise um Tests fundamentaler physikalischer Theorien mit verbesserter Genauigkeit, Entwicklungen an der vordersten Front der Elektronik durch die gezielte Konstruktion von Quantensystemen als Prototypen für künftige Quantencomputer oder um die Manipulation von Materie mit Licht und Darstellung von Biomolekülen mit atomarer Auflösung. Geplant ist, in dem Zentrum gleichermaßen eine neue Generation von Bildgebungsverfahren für die medizinische Diagnostik, die Herstellung neuartiger laserbetriebener Teilchenquellen und die Entwicklung kompakter Geräte für die Therapie von Tumoren in kleinen Labors und Krankenhäusern.
In dieses neue Netzwerk werden hervorragende junge Nachwuchswissenschaftlerinnen
und –wissenschaftler eingebunden sein, die in ihrer beruflichen Laufbahn
durch ein einzigartig interdisziplinäres Umfeld entscheidend gefördert
werden. Eingebunden in lokale und internationale Kooperationen werden sie
an wichtige wissenschaftliche Problemstellungen herangeführt und lernen
neueste Erkenntnisse und Technologien kennen, indem sie beitragen, diese
zu erarbeiten.
Beteiligt ist u.a. Prof. Laubereau.
