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13.03.2018 13:19

Der vierte Zustand der Materie: Helmholtz-Nachwuchsgruppe erforscht Innenleben von Sternen am HZDR

Simon Schmitt Kommunikation und Medien
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

    Im Inneren kosmischer Giganten, wie der Sonne, herrscht ein merkwürdiger Zustand. Der extrem große Druck und die hohe Temperatur verwandeln die Materie in Plasma – ein brodelndes Gemisch wild umherfliegender Atome, Ionen und Elektronen. Die Materie ist dadurch gleichzeitig dichter als alle bekannten Festkörper, aber auch derart heiß, dass sie den Schmelzpunkt jeglichen Materials übersteigt. Mit ihrer neuen Nachwuchsgruppe geht Dr. Katerina Falk dieser sogenannten „Warmen Dichten Materie“ am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) seit Anfang März 2018 auf den Grund. In den nächsten sechs Jahren unterstützt die Helmholtz-Gemeinschaft die Physikerin dafür mit insgesamt 1,8 Millionen Euro.

    „Obwohl es sich die meisten Menschen in ihrem täglichen Leben wahrscheinlich nicht vorstellen können, ist die warme dichte Materie der häufigste Zustand im Universum“, erzählt Katerina Falk. „Wir finden sie in Sternen, Galaxien und kosmischen Nebeln. Trotzdem gibt es hier immer noch viel zu entdecken.“ Das liegt nach Einschätzung der Forscherin vor allem an den Schwierigkeiten, die Materieform experimentell zu untersuchen. So lässt sich die warme dichte Materie mit den bisher verfügbaren Sonden und Methoden nicht genau genug erforschen. Katerina Falk, die von der tschechischen Extreme Light Infrastructure ELI nach Dresden wechselt, will deshalb mit einem Postdoc und zwei Doktoranden hierfür geeignetere Verfahren entwickeln. Mit den beiden Hochleistungslasern DRACO und zukünftig PENELOPE findet sie am HZDR dafür die perfekte Umgebung.

    „Indem wir einen hochintensiven Laserpuls auf eine gasförmige Probe schießen, erzeugen wir im Labor ein Plasma“, erläutert Falk. „Der Puls reißt Elektronen aus den Atomen heraus und kreiert so eine Art Blase im Plasma, die ein starkes elektrisches Feld enthält. Dieses Feld wiederum, das der Laserpuls mit sich zieht, schließt die Elektronen ein und beschleunigt sie auf diese Weise bis fast auf Lichtgeschwindigkeit. Die dabei entstehende Strahlung können wir nutzen, um Materie zu durchleuchten.“ Aufbauend auf dem Prinzip will die Forscherin eine neuartige Plattform entwickeln, die Lang- und Kurzpuls-Laser mit räumlich aufgelösten Röntgenstrahlen sowie innovativen Techniken der Elektronenstreuung kombiniert. Falk erhofft sich dadurch neue Erkenntnisse über fundamentale Vorgänge in der warmen dichten Materie, wie dem Strahlungstransport, der Wärmeübertragung oder der elektrischen Leitfähigkeit.

    „Diese Prozesse spielen bei vielen astrophysikalischen Phänomenen eine entscheidende Rolle, zum Beispiel bei der Entstehung der Planeten oder der Magnetfelder in ihrem Kern“, erklärt die Physikerin. Im Anschluss an die Experimente in Dresden will sie die neuen Methoden auch in Prag bei ELI sowie an der Helmholtz International Beamline for Extreme Fields HIBEF, die das HZDR am Europäischen Röntgenlaser XFEL in Hamburg aufbaut, testen. Exzellente Rahmenbedingungen liefert ihr die Helmholtz-Gemeinschaft mit dem Förderinstrument der Nachwuchsgruppen, schätzt die Forscherin ein: „Die garantierte Unterstützung über sechs Jahre gibt ausreichend Zeit, um ein Projekt ordentlich durchzuführen.“ Außerdem lobt Katerina Falk die Möglichkeiten zur Lehre, die bei dem Programm miteingeschlossen sind. So wird sie neben ihrer Forschung am HZDR auch einen Kurs im Masterstudiengang Physik an der TU Dresden geben.

    Nach dem Studium am Imperial College London sowie ihrer Promotion in Atom- und Laserphysik an der Universität Oxford hat Katerina Falk zunächst von März 2012 bis Dezember 2014 am Los Alamos National Laboratory in New Mexico geforscht. Vor drei Jahren zog es sie nach Prag, um dort die Beamline ELI mitaufzubauen. Im vergangenen September erhielt Katerina Falk die Zusage für eine Nachwuchsgruppe von der Helmholtz-Gemeinschaft. Mit diesem Programm will die größte deutsche Forschungsorganisation exzellente Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beim Start in eine eigenständige Karriere unterstützen. Pro Jahr werden 20 Gruppen ausgeschrieben – 2017 konnten sich 16 Forscher die Förderung sichern. Neben Falks Team gibt es am HZDR derzeit drei weitere Helmholtz- sowie eine Emmy Noether-Nachwuchsgruppe der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

    __Weitere Informationen:
    Dr. Katerina Falk
    Institut für Strahlenphysik am HZDR
    E-Mail: k.falk@hzdr.de

    __Medienkontakt:
    Simon Schmitt | Wissenschaftsredakteur
    Tel. +49 351 260-3400 | E-Mail: s.schmitt@hzdr.de
    Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf | Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden | www.hzdr.de

    Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
    • Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
    • Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
    • Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
    Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen betreibt das HZDR große Infrastrukturen, die auch von externen Messgästen genutzt werden: Ionenstrahlzentrum, Hochfeld-Magnetlabor Dresden und ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen.
    Das HZDR ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, hat fünf Standorte (Dresden, Freiberg, Grenoble, Hamburg, Leipzig) und beschäftigt rund 1.100 Mitarbeiter – davon etwa 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.


    Weitere Informationen:

    https://www.hzdr.de/presse/nachwuchsgruppe_falk


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten
    Physik / Astronomie
    überregional
    Personalia
    Deutsch


    Dr. Katerina Falk leitet seit März eine neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.


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