{"id":73076,"date":"2023-07-13T09:49:40","date_gmt":"2023-07-13T07:49:40","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=73076"},"modified":"2023-07-31T14:55:42","modified_gmt":"2023-07-31T12:55:42","slug":"ursprung-der-schweren-elemente-elements","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/unireport\/ursprung-der-schweren-elemente-elements\/","title":{"rendered":"Ursprung der Schweren Elemente: ELEMENTS"},"content":{"rendered":"\n

Wer verstehen will, warum es im Universum schwere Elemente gibt, muss Neutronensterne, Kilonovae und Gravitationswellen erkunden. Im Clusterprojekt ELEMENTS haben sich rund hundert Teilchen- und Astrophysiker*innen mit diesem Ziel zusammengeschlossen.<\/h4>\n\n\n\n
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Unser Universum ist voller Extreme: In unvorstellbar weiter Entfernung kollidieren unglaublich massive und kompakte Objekte, um die allerwinzigsten Teilchen freizusetzen. Genau diese extremen Ph\u00e4nomene sind ein zentrales Thema des Forschungsprojekts ELEMENTS (Exploring the Universe from Microscopic to Macroscopic Scales). Das rund 100-k\u00f6pfige Team von Physiker*innen arbeitet gemeinsam an der Frage, wie schwere Elemente, zum Beispiel Kupfer, Gold und Blei, im Universum entstehen. \u201eWir betreiben Grundlagenforschung \u2013 denn Gold ist \u00fcberall um uns herum, aber es ist nicht auf unserem Planeten entstanden\u201c, erkl\u00e4rt ELEMENTS-Sprecher Professor Luciano Rezzolla vom Institut f\u00fcr Theoretische Physik an der Goethe-Universit\u00e4t. \u201eEs kommt aber auch nicht aus den Sternen, die nur sehr wenig schwere Elemente produzieren.\u201c Die Theoretiker*<\/em>innen und Experimentator*innen m\u00f6chten also im Prinzip wissen, woher unser Gold kommt.<\/p>\n\n\n\n

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Naturgewalt Neutronenstern<\/h4>\n\n\n\n

Daf\u00fcr braucht es einige Zutaten und viel Zeit. Am Ende seines langen Lebens kollabiert ein Stern unter seiner eigenen Schwerkraft und explodiert als Supernova. Dabei werden Gas, Staub und jede Menge Energie in den umliegenden Raum geschleudert. Sp\u00e4ter sind diese \u00dcberreste als Nebel mit faszinierenden Formen und Farben sichtbar. Je nachdem, wie massereich (\u201egro\u00df\u201c) der Stern urspr\u00fcnglich war, entsteht ein stellares Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern. W\u00e4hrend die Schwarzen L\u00f6cher weithin bekannt sind, werden ihre kleinen Br\u00fcder, die Neutronensterne, wenig beachtet. Dabei handelt es sich hier um ein weiteres Objekt der Superlative: Die Dichte innerhalb eines Neutronensterns ist so gro\u00df, dass er trotz einer Masse von etwa zwei Sonnen im Durchmesser nur so gro\u00df ist wie Frankfurt am Main!<\/p>\n\n\n\n

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V. l. n. r.: Krebsnebel (NASA and ESA, Foto: M. Weisskopf\/Marshall Space Flight Center), Teilchenbeschleuniger (Foto: Klaus Mai; TU Darmstadt), Simulation kollidierender Neutronensterne (Foto: Luciano Rezzolla, Goethe-Universit\u00e4t).<\/p>\n\n\n\n

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Wie schwere Elemente entstehen<\/h4>\n\n\n\n

Es braucht gleich zwei von diesen au\u00dfergew\u00f6hnlichen astronomischen Objekten, um schwere Elemente entstehen zu lassen \u2013 und sie m\u00fcssen kollidieren. Wenn zwei Neutronensterne mit ihren gewaltigen Massen zusammensto\u00dfen, kommt es zu einer sogenannten Kilonova, ein Ph\u00e4nomen, das erst 2017 durch die Messung von Gravitationswellen nachgewiesen wurde. Es wird davon ausgegangen, dass bei dieser Verschmelzung ein Zustand \u00e4hnlich dem in den ersten Sekunden nach dem Urknall herrscht, das sogenannte Quark-Gluon-Plasma. Quarks und Gluonen sind die elementaren Bestandteile von Atomkernen und somit Bausteine eines jeden Elements. Nur unter solch extremen Bedingungen wird ihre Anziehung aufgebrochen und die Entstehung schwerer Elemente erst m\u00f6glich. Die Wissenschaftler*innen des Clusterprojekts erforschen auf verschiedenen Wegen die Prozesse in diesen extremen Zust\u00e4nden von Materie, wie schwere Elemente entstehen k\u00f6nnen und wie sich diese komplexen Interaktionen messen und von der Erde aus beobachten lassen. W\u00e4hrend an den Teilchenbeschleunigern in Darmstadt auf mikroskopischer Ebene experimentiert wird, n\u00e4hert man sich dem Problem an der Goethe-Uni von theoretischer Seite. Dabei spielen Open Science und Open Access (dt. Offene Wissenschaft bzw. Offener Zugang, also die freie Verf\u00fcgbarkeit von Daten und Ergebnissen) eine gro\u00dfe Rolle: \u201eWir produzieren im Labor Daten auf ganz anderen Skalen als beispielsweise Astrophysiker*innen\u201c, sagt Arbeitsgruppenleiterin Hannah Elfner. \u201eDurch Open Science wird eine produktive interdisziplin\u00e4re Zusammenarbeit \u00fcberhaupt erst m\u00f6glich.\u201c<\/p>\n\n\n\n

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Supercomputer errechnen komplexe Modelle<\/h4>\n\n\n\n

\u201eWir befassen uns hier mit sehr komplexen wissenschaftlichen Fragen, die keine Einzelperson oder meine Arbeitsgruppe allein beantworten k\u00f6nnte, nicht ohne ein paar Jahrhunderte Zeit zu haben. Wir brauchen hier ein sehr gro\u00dfes Team\u201c, erkl\u00e4rt Luciano Rezzolla. So errechnet sein Team mithilfe von Hochleistungsrechnern, wie dem \u201eGoethe NHR\u201c, der k\u00fcrzlich f\u00fcr seine Energieeffizienz ausgezeichnet wurde, komplexe Modelle und Simulationen, die unerl\u00e4sslich f\u00fcr die Interpretation astronomischer Beobachtungen sind. Basierend auf Einsteins Allgemeiner Relativit\u00e4tstheorie k\u00f6nnen so Schwarze L\u00f6cher, Neutronensterne und ihre gewaltigen Interaktionen beschrieben und erkl\u00e4rt werden.<\/p>\n\n\n\n

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Mit Lichtgeschwindigkeit den Elementen auf der Spur<\/h4>\n\n\n\n

Die Arbeitsgruppe um Co-Sprecher Prof. Norbert Pietralla von der Technischen Universit\u00e4t Darmstadt holt hingegen am Elektronenbeschleuniger \u201eS-DALINAC\u201c das Universum direkt ins Labor und kann mit dem weltweit einzigartigen Energier\u00fcckgewinnungsmodus Teilchen hocheffizient beschleunigen. Dabei drehen die Elektronen mehrere Runden durch den Hauptbeschleuniger, was erhebliche Mengen Energie einspart. Bei nahezu Lichtgeschwindigkeit k\u00f6nnen so die Wechselwirkungen bei der Entstehung neuer Elemente untersucht werden.<\/p>\n\n\n\n

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Phyllis Mania<\/em><\/p>\n\n\n\n

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Auf geht\u2019s: Goethe-Universit\u00e4t beteiligt sich mit vier neuen und einem bestehenden Forschungscluster am Wettbewerb der Exzellenzstrategie<\/h4>\n\n\n\n

F\u00fcr die anstehende Runde der Exzellenzstrategie des Bundes und der L\u00e4nder bewirbt sich die Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt mit vier neuen Clustern zu den Forschungsthemen Vertrauen im Konflikt (CONTRUST), Infektion und Entz\u00fcndung (EMTHERA), Ursprung der schweren Elemente (ELEMENTS) und zellul\u00e4re Architekturen (SCALE). Die Antr\u00e4ge vereinen die Kompetenzen und zukunftsweisenden Ideen der Goethe-Universit\u00e4t mit denen der Kolleg*innen des Verbunds der Rhein-Main-Universit\u00e4ten (RMU) und weiterer Partner der vier gro\u00dfen Organisationen der au\u00dferuniversit\u00e4ren Forschung. Der seit 2019 bestehende Exzellenzcluster Cardiopulmonary Institute (CPI) wird im kommenden Jahr direkt einen Vollantrag einreichen.<\/p>\n\n\n\n

Weitere Artikel zum Thema Exzellenzstrategie:<\/strong><\/p>\n\n\n

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\n Fragen an Prof. Luciano Rezzolla, Sprecher des Clusterprojekts ELEMENTS<\/a>\n \"\"\n <\/div>\n <\/div>
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\n Fragen an Prof. Luciano Rezzolla, Sprecher des Clusterprojekts ELEMENTS<\/a>\n <\/h2>\n <\/header>
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In den kommenden Ausgaben des UniReport sollen verschiedene Stimmen aus den Clusterinitiativen zu Wort kommen. Den Auftakt macht Prof. Luciano…<\/p>\n <\/div><\/div><\/div><\/div><\/article>

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\n Herz- und Lungenerkrankungen: Cardiopulmonary Institute (CPI)<\/a>\n \"\"\n <\/div>\n <\/div>
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\n Herz- und Lungenerkrankungen: Cardiopulmonary Institute (CPI)<\/a>\n <\/h2>\n <\/header>
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Herz- und Lungenerkrankungen sind weltweit eine der h\u00e4ufigsten Todesursachen. Das Cardio-Pulmonary Institute (CPI) widmet sich der Erforschung dieser Krankheiten auf…<\/p>\n <\/div><\/div><\/div><\/div><\/article>

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\n Infektion und Entz\u00fcndung: EMTHERA<\/a>\n \"\"\n <\/div>\n <\/div>
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\n Infektion und Entz\u00fcndung: EMTHERA<\/a>\n <\/h2>\n <\/header>
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Neue Therapieans\u00e4tze f\u00fcr komplexe Krankheiten entwickeln: Die Initiative EMTHERA bewirbt sich als Exzellenzcluster.\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\nBei schweren SARS-CoV-2-Infektionen war in den vergangenen Jahren…<\/p>\n <\/div><\/div><\/div><\/div><\/article>

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\n Zellul\u00e4re Architekturen: SCALE<\/a>\n \"\"\n <\/div>\n <\/div>
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\n Zellul\u00e4re Architekturen: SCALE<\/a>\n <\/h2>\n <\/header>
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Der Name der Clusterinitiative SCALE steht f\u00fcr \u201eSubcellular Architecture of Life\u201c. Als einer der Frankfurter Antr\u00e4ge geht SCALE bei der…<\/p>\n <\/div><\/div><\/div><\/div><\/article>

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\n Vertrauen im Konflikt: CONTRUST<\/a>\n \"\"\n <\/div>\n <\/div>
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\n Vertrauen im Konflikt: CONTRUST<\/a>\n <\/h2>\n <\/header>
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Wie sich die Dissonanz im Konflikt in Vertrauen aufl\u00f6sen kann: Das Clusterprojekt ConTrust untersucht, wo selbst bei harten Konflikten noch…<\/p>\n <\/div><\/div><\/div><\/div><\/article>

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\n Ursprung der Schweren Elemente: ELEMENTS<\/a>\n \"\"\n <\/div>\n <\/div>
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\n Ursprung der Schweren Elemente: ELEMENTS<\/a>\n <\/h2>\n <\/header>
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Wer verstehen will, warum es im Universum schwere Elemente gibt, muss Neutronensterne, Kilonovae und Gravitationswellen erkunden. Im Clusterprojekt ELEMENTS haben…<\/p>\n <\/div><\/div><\/div><\/div><\/article> <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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