Der Fachbereich Physik ist an zwei der vier ab Januar 2019 durch die DFG an der Uni Hamburg geförderten Exzellenzcluster vertreten. 

Quantum Universe

Der Exzellenzcluster „Quantum Universe“ beschäftigt sich mit grundlegenden Fragestellungen rund um den Ursprung, die Geschichte und die Zusammensetzung des Universums. Wie hat sich das Universum kurz nach dem Urknall entwickelt? Was ist Dunkle Materie und wie ist sie entstanden? Wie beeinflussen Teilchenphysik und Gravitation die Entwicklung des Universums? Wie können wir mit der Hilfe von Gravitationswellen etwas über das frühe Universum lernen?

Die spektakuläre Entdeckung eines Higgs-Teilchens und der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen haben zwei fundamentale Konzepte der Physik bestätigt, die Erzeugung der Massen von elementaren Teilchen in der Quantenphysik und Einsteins Konzept der Raum-Zeit – formuliert in der sogenannten „Allgemeinen Relativitätstheorie“.

Gleichzeitig zeigen astronomische und kosmologische Beobachtungen, dass die bisherige Beschreibung der Natur unvollständig ist. So sind die Eigenschaften der Dunklen Materie, die den größten Teil der Masse des Universums ausmacht, nicht geklärt. Anti-Materie kann man im Labor zwar erzeugen, aber nicht im Kosmos wiederfinden. Auch ist weder der Ursprung der gegenwärtigen beschleunigten Ausdehnung des Universums noch die weit schnellere Expansion unmittelbar nach dem Urknall bisher verstanden.

All diese Sachverhalte hängen offenbar mit dem Verhalten und den Eigenschaften der elementaren Teilchen im sehr frühen Universum direkt nach dem Urknall zusammen und können nicht mit dem aktuellen Verständnis von Quantenphysik und Gravitation erklärt werden.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzclusters „Quantum Universe“ konzentrieren sich daher bei der Beantwortung dieser Fragestellungen auf das Verständnis von Masse und Gravitation gerade an der faszinierenden Schnittstelle zwischen Quantenphysik und Kosmologie.

Die Forschungsarbeiten reichen dabei von der Entwicklung mathematisch-theoretischer Modelle über das Studium der Physik des Higgs-Teilchens bis hin zu theoretischen und experimentellen Arbeiten zur Suche nach Dunkler Materie sowie zu Gravitationswellen als Fenster in das frühe Universum.

Am Cluster sind mehr als 300 Personen aus der Mathematik und Physik (Teilchen-, Astro- und Mathematische Physik) beteiligt.

Beteiligte Fakultät: Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften

Weitere beteiligte Einrichtungen:  Helmholtz-Zentrum Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)

Webseite des Exzellenzclusters: https://www.qu.uni-hamburg.de

Advanced Imaging of Matter

Funktionalitäten stehen im Zentrum des neuen Exzellenzclusters „Advanced Imaging of Matter“. Das Forschungsprojekt wird die international renommierte Forschungsarbeit im „Hamburg Centre for Ultrafast Imaging“ (CUI) fortsetzen und das Spektrum der wissenschaftlichen Arbeit um hochaktuelle, neue Fragen erweitern.

Innerhalb der vergangenen sechs Jahre konnten die Forscherteams im Rahmen von CUI die ersten molekularen Filme drehen, sie beobachteten erstmals kurzzeitige Supraleitung bei Raumtemperatur und entwickelten neue Methoden zur Abbildung von Biomolekülen mit Hilfe von Röntgenstrahlen. Der neue Cluster wird diese Forschung nun auf die nächste Ebene heben.

Atome binden sich zu Festkörpern, Moleküle inter- und reagieren: Mit zunehmender Komplexität und Größe eines Systems entstehen neue Funktionalitäten. Sie öffnen die Tür zu neuen Anwendungen in der magnetischen Datenspeicherung, für die verlustfreie Leitung von Strom oder für die Lebenswissenschaften.

„Beobachten, verstehen und kontrollieren“ lautet das Leitmotiv der 160 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Physik, Chemie und Strukturbiologie.

Beteiligte Fakultät: Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften

Weitere beteiligte Einrichtungen: Universität Hamburg, Helmholtz-Zentrum Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie, European XFEL GmbH