- Forschungsprojekt
Atomkerne: Von fundamentalen Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen
- Naturwissenschaften
Der SFB 1245 erforscht die Physik der „Atomkerne: Von fundamentalen Wechselwirkungen zu Struktur und Sternen“. Die starken Experiment-Theorie-Synergien in Darmstadt ermöglichen ein spannendes Forschungsprogramm in der Kernstrukturphysik und der nuklearen Astrophysik, das über diese Felder hinaus wirkt. Der SFB entwickelt ein systematisches Verständnis von Atomkernen auf Basis effektiver Feldtheorien (EFTs) der starken Wechselwirkung. EFTs ermöglichen eine konsistente Beschreibung der Kernkräfte und der elektroschwachen Wechselwirkung in Kernen und Kernmaterie. Dieses theoretische Verständnis wird mit Schlüsselexperimenten an internationalen Forschungsanlagen und am S-DALINAC in Darmstadt getestet. In der nuklearen Astrophysik liegt der Fokus auf Kernkollaps-Supernovae und Neutronensternverschmelzungen, die Nukleosynthese und damit verbundenen Kilonovae und Gravitationswellensignalen.
Das Forschungsprogramm des SFB umfasst zwei eng vernetzte Bereiche: (A) Starke Wechselwirkungen und Präzisions-Kernstruktur und (B) Elektroschwache Wechselwirkungen und nukleare Astrophysik. Im Bereich A werden Schlüsselaspekte über die Nuklidkarte hinweg untersucht und so die Grenzen experimenteller und theoretischer Methoden vorangetrieben. Dazu gehören Messungen von Ladungsradien und elektromagnetischen Übergängen mit hoher Genauigkeit, die Erforschung von Korrelationen in Multi-Neutron-Systemen sowie die Spektroskopie neutronenreicher Kerne. Neuartige Vielteilchenmethoden werden entwickelt und mit akkuraten chiralen Wechselwirkungen angewandt, um zu verstehen, wie die Nuklidkarte aus der chiralen EFT hervorgeht. Ergänzt wird dies durch EFTs im universellen Bereich von Halo-Kernen und von Wenig-Neutron-Systemen. Im Bereich B liefern Berechnungen der nuklearen Zustandsgleichung von niedrigen zu hohen Dichten und endlichen Temperaturen Input für astrophysikalische Simulationen. Die Zustandsgleichung wird durch direkte Messungen der elektrischen Dipolpolarisierbarkeit von Kernen eingegrenzt.
Ein weiterer Schwerpunkt ist die Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Kernen, einschließlich der Beiträge von Zweikörperströmen. Erforscht wird die Rolle von elektroschwachen Prozessen und Neutrinos in Supernovae, Mergern und für die Nukleosynthese. Das Programm wird um die Beobachtung der ältesten Sterne erweitert, um sie mit Nukleosynthese-Vorhersagen zu vergleichen. Das integrierte Graduiertenkolleg im SFB bietet ein innovatives und internationales Umfeld. Neu entwickelt wurde ein Outreach-Programm, das die Begeisterung für die SFB-Forschung an Schulen und die breite Öffentlichkeit bringt. Die TU Darmstadt ist das stärkste universitäre Zentrum in Deutschland in der experimentellen und theoretischen Kernphysik und der nuklearen Astrophysik. Die Bündelung der Stärken im SFB ermöglicht ein herausragendes Verständnis von Kernen und der Kernphysik von Multimessenger-Beobachtungen.
