Nachricht vom 3. Juli 2022

Theoretische Physik wird zehntes HZDR-Institut

Will man die Bestandteile der Materie und die zwischen ihnen wirkenden Kräfte erforschen, bedarf es einem engen Zusammenspiel zwischen Experiment und Theorie, um echte Fortschritte zu erzielen. Aus diesem Grund hat das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) im Jahr 2018 die Abteilung für Theoretische Physik ins Leben gerufen. Eine ihrer Aufgaben: Die anspruchsvollen Großexperimente, die das HZDR an seinen Anlagen durchführt, mit fundierten theoretischen Methoden zu unterstützen. Eine internationale Fachjury hat die Pilotphase jetzt positiv bewertet. Auf ihre Empfehlung hat das HZDR die Abteilung zum 1. Juli 2022 in ein Institut umgewandelt.

Direktor des nunmehr zehnten HZDR-Instituts ist der bisherige Leiter der Abteilung Prof. Ralf Schützhold. Den Schwerpunkt der Forschungsarbeiten, die er und sein Team durchführen, bilden die Nichtgleichgewichtsphänomene: „Mit diesem Thema sind wir relativ breit aufgestellt, denn es betrifft all jene physikalischen Systeme, die sich nicht im Grundzustand oder im thermodynamischen Gleichgewicht befinden, was bedeutet, dass sie Energie oder Materie mit ihrer Umwelt austauschen“, erklärt Schützhold. „Das können zum Beispiel Effekte unter extremen Bedingungen sein, von starken Laserfeldern bis hin zum Umfeld eines Schwarzen Lochs, oder aber im frühen Universum. Wir erforschen ihre physikalischen Grundlagen, wovon andere Institute des HZDR bei der Planung und Durchführung von Experimenten profitieren.“

„Ich bin stolz auf die Entwicklung der Abteilung, die mit diesem Schwerpunkt einzigartig in der deutschen Forschungslandschaft ist“, betont der Wissenschaftliche Direktor des HZDR Prof. Sebastian M. Schmidt. „Die Umwandlung in ein Institut war der logische nächste Schritt, damit das Team sein volles Potenzial entfalten kann. Es wird uns langfristig als Plattform für alle theoretisch arbeitenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am HZDR dienen und bei der Realisierung von Zukunftsprojekten wie der Dresden Advanced Light Infrastructure (DALI) eine bedeutende Rolle spielen.“

Vielfalt an Forschungspartnern innerhalb und außerhalb des HZDR

Zentral für das Institut wird auch in Zukunft die Kooperation mit anderen, experimentell aufgestellten Instituten des HZDR sein. Das betrifft in erster Linie das Institut für Strahlenphysik, mit dem es auf dem Gebiet extrem starker Felder eng zusammenarbeitet. Das gemeinsame Interesse gilt Effekten von Licht im Vakuum oder der Paarbildung von Elektronen mit ihren Antiteilchen, den Positronen. Die theoretischen Vorhersagen sollen anschließend an Großgeräten wie der Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF) überprüft werden und perspektivisch zu neuen Anwendungen führen.

Weitere Anknüpfungspunkte gibt es zum Beispiel mit dem Hochfeld-Magnetlabor Dresden bei der Erforschung stark korrelierter Systeme. Diese können über Effekte der Wechselwirkung zwischen ihren Elektronen zu neuartigen und technologisch interessanten Eigenschaften führen. Gemeinsam mit dem Center for Advanced Systems Understanding (CASUS) und der Zentralabteilung Informationsdienste und Computing wird das Institut den digitalen Wandel mitgestalten. Im Mittelpunkt steht unter anderem die Frage, wie moderne Methoden der künstlichen Intelligenz zum besseren Verständnis physikalischer Fragestellungen verhelfen. Als weitere Aktivität will das Team sogenannte Quanten-Algorithmen erforschen. Sie könnten die nächste Stufe der digitalen Evolution darstellen.

Das Institut für Theoretische Physik wird schließlich auch die zahlreichen Partnerschaften zu externen Einrichtungen weiter ausbauen. Diese bestehen unter anderem mit der TU Dresden im Forschungsnetzwerk DRESDEN-concept, dem Helmholtz-Institut Jena, der Universität Duisburg-Essen und dem britischen Konsortium „Quantum Simulators for Fundamental Physics“. Eine Besonderheit, die Direktor Schützhold ebenfalls fortsetzen möchte: Die persönlichen Kooperationen mit herausragenden Theoretikern wie Prof. William Unruh, dem Entdecker des „Unruh-Effekts“, der schon mehrmals als Helmholtz International Fellow am HZDR zu Gast war.

Weitere Informationen:

Prof. Ralf Schützhold
Institut für Theoretische Physik am HZDR
Tel.: +49 351 260 3618
E-Mail: r.schuetzhold@hzdr.de