{"id":51253,"date":"2021-06-09T16:00:00","date_gmt":"2021-06-09T14:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=51253"},"modified":"2023-09-07T11:44:01","modified_gmt":"2023-09-07T09:44:01","slug":"die-erforschung-von-materie-das-clusterprojekt-elements","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/die-erforschung-von-materie-das-clusterprojekt-elements\/","title":{"rendered":"Die Erforschung von Materie \u2013 das Clusterprojekt ELEMENTS"},"content":{"rendered":"\nIm Jahr 1054 berichteten chinesische Astronomen von einem neuen Stern, der auch tags\u00fcber sichtbar war, nach einiger Zeit jedoch wieder verschwand. Das Himmelsph\u00e4nomen wurde auch von einem flandrischen M\u00f6nch und weiteren Beobachtern in Europa und Asien beschrieben und taucht auch in Felszeichnungen nordamerikanischer Indianer auf. Knapp 900 Jahre sp\u00e4ter f\u00fchrte der Astronom Edwin Hubble den Krebsnebel, eine riesige Staubund Gaswolke im Sternbild Stier, auf eine gewaltige Sternenexplosion zur\u00fcck, deren Licht die Erde 1054 erreicht hatte und als neuer Stern interpretiert wurde: eine Supernova. Supernovae entstehen am Ende der Lebenszeit sehr gro\u00dfer Sterne, wenn in ihrem Zentrum der Kernbrennstoff Wasserstoff verbraucht ist. Dadurch wird der nach au\u00dfen gerichtete Strahlungsdruck immer geringer, bis schlie\u00dflich der Stern unter seiner eigenen Gravitation kollabiert. In der Folge wird die Materie im Inneren extrem verdichtet \u2013 bis auf die Dichte von Atomkernen \u2013 und reflektiert die Druckwelle, sodass ein Gro\u00dfteil der Sternenmaterie weggesprengt wird \u2013 so entstand der Krebsnebel, der sich bis heute mit einer Geschwindigkeit von 1500 Kilometern pro Sekunde ausdehnt.<\/p>\n\n\n

\n\n\nIn seinem Zentrum blieb ein Neutronenstern zur\u00fcck, ein extrem dichtes Objekt von etwa 30 Kilometern Durchmesser, in dem etwas mehr als eine Sonnenmasse unvorstellbar stark zusammengepresst ist: Ein W\u00fcrfel Neutronensternmasse mit einem Zentimeter Kantenl\u00e4nge w\u00fcrde auf der Erde 100 Millionen Tonnen wiegen. Ist der Ursprungsstern extrem gro\u00df und hat mehr als 40 Sonnenmassen, entsteht nach dem Ausbrennen ein Schwarzes Loch. In seiner unmittelbaren Umgebung erzeugt ein Schwarzes Loch eine so starke Gravitation, dass jenseits des Ereignishorizonts nicht einmal Licht herausgelangt.<\/p>\n\n\n

\n\n\nEs sind diese extremen Materiezust\u00e4nde, die Neutronensterne und Schwarze L\u00f6cher f\u00fcr die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von ELEMENTS so interessant machen. Kollidieren etwa zwei Neutronensterne miteinander, wird ihre Materie m\u00f6glicherweise so verdichtet, dass die Neutronen im Inneren in ihre elementaren Bestandteile Quarks und Gluonen aufgel\u00f6st sind. Ein \u00e4hnliches Quark-Gluon-Plasma hat es Sekundenbruchteile nach dem Urknall gegeben, und als sich das expandierende Weltall abk\u00fchlte, schlossen sich Quarks und Gluonen zu Protonen und Neutronen und die wiederum zu Atomkernen und Atomen zusammen \u2013 zu der Materieform also, aus denen Planeten und Sterne heute \u00fcberwiegend bestehen.<\/p>\n\n\n

\n\n\nDie ELEMENTS-Forschenden erforschen u. a. solche Phasen\u00fcberg\u00e4nge von Materie, denn die k\u00f6nnten etwas dar\u00fcber verraten, warum \u2013 au\u00dferhalb von Quark- Gluon-Plasmen \u2013 Quarks immer nur in P\u00e4rchen oder Gruppen, nie aber alleine auftreten. Daher versuchen die Wissenschaftler*innen im Laborma\u00dfstab, f\u00fcr Sekundenbruchteile Quark-Gluon-Plasmen zu erzeugen. Sie nutzen daf\u00fcr Teilchenbeschleuniger wie die neue Anlage FAIR, die derzeit beim GSI Helmholtzzentrum f\u00fcr Schwerionenforschung in Darmstadt entsteht, und lassen dort Atomkerne beziehungsweise Ionen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit mit anderen Atomen kollidieren.<\/p>\n\n\n

\n\n\nAstrophysikalische Beobachtungen werden die experimentellen Laborbeobachtungen erg\u00e4nzen. 2017 wurden an den LIGO- und Virgo-Detektoren erstmals Gravitationswellen gemessen, die durch nahezu gleichzeitige Aufzeichnung eines Gammastrahlblitzes und sp\u00e4tere Beobachtung durch optische Teleskope als Neutronensternkollision identifiziert werden konnten. Auch solche Kollisionen enden in gro\u00dfen Explosionen, die als Kilonovae bezeichnet werden und ebenfalls gro\u00dfe Materiemengen ins Weltall schleudern. Diese enthalten auch schwere Elemente wie etwa Gold, Platin oder Uran, die nach derzeitigem Erkenntnisstand ausschlie\u00dflich in derartigen kosmischen Explosionen in der Natur entstehen k\u00f6nnen und die die optisch beobachtbaren Signale entscheidend pr\u00e4gen. Andererseits l\u00e4sst sich aus den Gravitationswellen solcher Kilonovae nicht nur etwas \u00fcber Gravitation lernen, sondern auch \u00fcber das Verhalten von Materie unter derartig extremen Bedingungen. Mit theoretischen Modellierungen in Supercomputern wollen die ELEMENTS-Forscher*innen Muster in Gravitationswellen voraussagen, die z.B. auf Temperatur und Dichte in kollidierenden Systemen, auch z. B. eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch, schlie\u00dfen lassen. ELEMENTS-Sprecher Prof. Luciano Rezzolla vom Institut f\u00fcr Theoretische Physik der Goethe-Universit\u00e4t erkl\u00e4rt: \u201eAm Beispiel der Gravitationswellen wird klar, wie gewaltige kosmische Ereignisse mit dem Verhalten und den Eigenschaften der kleinsten Elementarteilchen zusammenh\u00e4ngen: Es gelten dieselben physikalischen Gesetze, und so k\u00f6nnen wir im ELEMENTS-Cluster vom Mikrokosmos f\u00fcr den Makrokosmos lernen und umgekehrt.\u201c<\/p>\n\n\n

\n\n\nAuf \u00e4hnliche Weise flie\u00dfen bei ELEMENTS theoretische, astrophysikalische und experimentelle Daten zusammen, die die Entstehung schwerer Elemente aufkl\u00e4ren sollen. Der Urknall brachte die leichten Elemente Wasserstoff und Helium hervor, und durch Kernfusion werden in Sternen alle Elemente bis hinauf zu Eisen gebildet. Alle schwereren Elemente wie Gold, Platin oder Uran entstanden und entstehen erst bei kosmischen Gro\u00dfereignissen wie Neutronensternkollisionen durch einen Zyklus von schnellem Einfang von Neutronen und Kernspaltungsreaktionen. Spaltungs- und Einfangreaktionen wollen die ELEMENTS-Forscher*innen k\u00fcnftig in der neuen Beschleunigeranlage FAIR und dem Elektronenbeschleuniger S-DALINAC an der TU Darmstadt erzeugen und untersuchen. ELEMENTS-Sprecher Prof. Norbert Pietralla vom Institut f\u00fcr Kernphysik der TU Darmstadt erl\u00e4utert: \u201eMit FAIR und am S-DALINAC wollen wir die Entstehung der schweren Elemente im Kosmos besser verstehen und unser Wissen \u00fcber die Starke Kraft erweitern, die die Atomkerne und Protonen und Neutronen zusammenh\u00e4lt. Im ELEMENTS-Cluster werden wir unser Verst\u00e4ndnis zum Ursprung von Materie im Universum auf ein neues Niveau heben.\u201c<\/p>\n\n\n

\n\n\n


<\/p>\n\n\n<\/p>\n\n\n

VERTRAUEN IM KONFLIKT, NEUTRONENSTERNE UND KRANKHEITSMECHANISMEN
<\/em><\/strong>
Welche M\u00f6glichkeiten bieten gesellschaftliche Konflikte, um Vertrauen zu schaffen? Was passiert, wenn Neutronensterne miteinander verschmelzen und dabei Gravitationswellen und schwere chemische Elemente produzieren? Wie k\u00f6nnen neuartige Medikamente f\u00fcr Entz\u00fcndungen und Infektionen entwickelt werden, wenn man das innere Gleichgewicht von Zellen (Hom\u00f6ostase) besser versteht? Forscher*innen der Goethe-Universit\u00e4t gehen diesen Fragen in den kommenden Jahren gemeinsam mit Partnern anderer Universit\u00e4ten und wissenschaftlicher Einrichtungen nach. Die Clusterprojekte ENABLE<\/a>, ELEMENTS<\/a> und ConTrust<\/a> werden mit 20,7 Millionen Euro vom Land Hessen und in gleicher H\u00f6he von der Goethe-Universit\u00e4t und den beteiligten Partnern gef\u00f6rdert und erm\u00f6glichen die Vorbereitung auf die n\u00e4chste Exzellenzstrategie von Bund und L\u00e4ndern.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

\u00a0<\/div>\n\n\n

\n\n\nDieser Beitrag ist in der\u00a0Ausgabe 3\/2021\u00a0(PDF)<\/a>\u00a0des UniReport\u00a0erschienen.<\/strong><\/p>\r\n

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