Rhein-Main Universitäten

IncipitSearch ist eine Suchmaschine für Musik-Incipits, mit der Musikkataloge und Musikeditionen durchsucht werden können. Incipits sind die ersten Takte eines Notentextes, mit deren Hilfe Melodien identifiziert werden können. Ausgangspunkt für IncipitSearch war die Erarbeitung einer Incipit-Suche für das digitale Werkverzeichnis der historisch-kritischen Edition "Christoph Willibald Gluck – Sämtliche Werke".

Entwickelt worden ist die Applikation von Anna Neovesky und Frederic von Vlahovits. Neovesky ist Stellvertretende Leiterin der Digitalen Akademie, einer Digital-Humanities-Forschungseinrichtung der Akademie der Wissenschaften und der Literatur in Mainz. Sie studierte Informatik, Mittelalterliche Geschichte, Neuere und Neueste Geschichte in Leipzig und Würzburg und promoviert an der Technischen Universität Darmstadt. Von Vlahovits ist Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Digitalen Akademie. Er studierte Filmwissenschaft und Musikwissenschaft in Mainz und promoviert derzeit an der Johannes Gutenberg-Universität.

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Der Dirigent Jan Schumacher ist seit 2015 Universitätsmusikdirektor in Frankfurt. Seit 2003 leitet er auch den 1951 gegründeten Chor der TU Darmstadt. Dieser vereint derzeit rund 150 Studierende, Beschäftigte sowie Ehemalige der Universität. Mit einer Vielzahl von  Chören erarbeitet Schumacher ein breites Repertoire von Gregorianik bis zur Uraufführung und Jazz, von sinfonischem Orchester bis Big Band und vokaler oder elektronischer Improvisation. Schumacher leitet Seminare für Sänger und Dirigenten in vielen Ländern Europas, in Island, Argentinien, Venezuela und in den USA. Auch im Rahmen von renommierten Tagungen wie dem Weltsymposium der Chormusik ist er aktiv.

Die Technische Universität Darmstadt, die Goethe-Universität Frank-furt am Main und die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) bieten mit ihrer neuen gemeinsamen Webseite der Rhein-Main-Universitäten unter www.rhein-main-universitaeten.de interessante Einblicke in die umfassenden Aktivitäten der strategischen Allianz. Seit Unterzeichnung der Rahmenvereinbarung im Dezember 2015 arbeiten die drei Universitäten zielgerichtet daran, ihre Vernetzung in den Kernleistungsbereichen Forschung, Lehre, Third Mission, Weiterbildung, Verwaltung und Services zu stärken und zu vertiefen. Die neue RMU-Webseite macht diese Vernetzung in einem Newsportal sichtbar, präsentiert starke Forschungsverbünde und verweist auf gemeinsame Studien- und Weiterbildungsangebote der Rhein-Main-Universitäten – in deutscher und in englischer Sprache.

Auf ihrer Webseite stellen die RMU auch ihre Förderinstrumente wie etwa die Initiativfonds Forschung und Lehre vor, mit denen die Allianz Impulse für erfolgreiche gemeinsame Projekte innerhalb der Universi-täten schafft. Ein Ziel des gemeinsamen Webauftritts ist es zudem, die Leistungsstärke der Rhein-Main-Universitäten als wichtige Partner in der international ausgerichteten Wissenschafts- und Wissensregion Frankfurt-Rhein-Main hervorzuheben.

Zum Start der neuen Webseite präsentieren die Rhein-Main-Universitäten beispielsweise eine Datenbank gemeinsamer For-schungsprojekte und -plattformen, die nach und nach um weitere Verbundprojekte erweitert wird. Im Bereich Studium und Lehre sind detaillierte Informationen zu den Masterstudiengängen Politische Theorie und Internationale Studien/Friedens- und Konfliktforschung sowie zu dem im Wintersemester 2018/2019 startenden Bachelorstudiengang Medizintechnik zu finden. Alle drei Studiengänge sind gemeinsame Angebote der TU Darmstadt und der Goethe-Universität Frankfurt. Auch im Wissenstransfer und in der Weiterbildung kooperieren die Rhein-Main-Universitäten bereits vielfältig – etwa im Angebot des Mercator Science-Policy Fellowship-Programms oder in der Öffnung der internen Weiterbildungsprogramme für die Beschäftigten der RMU-Partner.

Zwei Universitäten, zwei Disziplinen, ein Ziel: hervorragend ausgebildete Absolventinnen und Absolventen der Medizintechnik. Durch die Kooperation der beiden Universitäten haben Studierende des B.Sc. Medizintechnik die in Hessen einmalige Möglichkeit, von dem Know-how einer Universitätsmedizin und dem Know-how einer Technischen Universität gleichermaßen zu profitieren und einen Abschluss zu erlangen, der von beiden Universitäten gemeinsam getragen wird.

„Im neuen Studiengang Medizintechnik ergänzen sich die Profile der TU Darmstadt und der Goethe-Universität perfekt. Zudem bauen wir gerade gemeinsam, auch mit der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, die medizintechnische Forschung stark aus. Allein an der TU Darmstadt werden hierfür vier neue Professuren eingerichtet. Die Rhein-Main-Universitäten bringen damit die Wissenschaftsregion Rhein-Main in diesem Zukunftsgebiet deutlich nach vorne“, sagt TU-Präsident Professor Hans Jürgen Prömel.

Prof. Dr. Birgitta Wolff, Präsidentin der Goethe-Universität, betont: „Der neue Medizintechnik-Studiengang bietet ein schönes Beispiel dafür, dass Kooperation auch zwischen allein schon starken Partnern immer noch neue Chancen eröffnet. Da sich die Darmstädter Ingenieurwissenschaften und die Frankfurter Medizin gut ergänzen, werden vielversprechende Forschungsprojekte möglich, die beide Unis alleine nicht stemmen könnten. Besondern erfreulich ist, dass auch die Lehre profitiert, denn angesichts der Zugangsbeschränkungen beim Studienfach Medizin waren hier besonders hohe Hürden zu überwinden. Aber auch diese haben wir – mit Unterstützung durch die Landesregierung – hinter uns gelassen.“

Lehrbetrieb an zwei Universitäten

Um dem interdisziplinären Anspruch der Medizintechnik gerecht zu werden, werden etwa achtzig Prozent der Lehrveranstaltungen ingenieurwissenschaftliche Kernkompetenzen vermitteln und etwa zwanzig Prozent medizinische Grundlagen. Um in beiden Fachkulturen anzukommen und diese erlebbar zu machen, erfolgt auch der Lehrbetrieb an beiden Universitäten: vier Tage die Woche an der TU Darmstadt und ein Tag die Woche vor Ort am Fachbereich Medizin der Goethe-Universität Frankfurt. Ein Beispiel dafür, wie durch gelebte Interdisziplinarität und interuniversitäre Kooperationen den Fragen von Morgen begegnet werden kann.

Zweifellos ist der demographische Wandel eine der Herausforderungen unserer Zeit. Die Lebenserwartung steigt, die Geburtenzahlen sinken und altersbedingte Krankheiten und Problemstellungen nehmen zu. Die Nachfrage nach Telemedizin, Biotechnologien und Medizintechnik wächst. Ob intelligente Implantate, Orthesen oder Point-of-care-Diagnostik, der wachsenden Bedeutung der biomedizinischen Technologien muss bereits heute begegnet werden. Die TU Darmstadt und die Goethe-Universität Frankfurt haben diesen Trend erkannt und ihr Studienangebot mit dem B.Sc. Medizintechnik zukunftsorientiert erweitert.

Ein sich an den Bachelor anschließender Masterstudiengang Medizintechnik soll zum Wintersemester 2021/2022 eingeführt werden, rechtzeitig für die ersten Bachelorabsolventinnen und -absolventen. Bewerbungen zum Bachelor Medizintechnik sind ab 01.06.2018 über die TU Darmstadt möglich.

Rhein-Main-Universitäten

Afrikanisten, Mathematiker, Neurowissenschaftler und Medizintechniker – es gibt bereits zahlreiche Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen im Rhein-Main-Gebiet, die zwar an unterschiedlichen Universitäten forschen und lehren, sich aber dennoch zu gemeinsamen Projekten zusammengefunden haben. Manche werden bereits im Rahmen von DFG-Forschergruppen oder -Sonderforschungsbereichen gefördert. Die Etablierung solcher großangelegter Forschungsprojekte erfordert oftmals eine Anschubfinanzierung für die Antragsphase. Hier setzt der Initiativfonds Forschung an, den die RM-Universitäten zur Verfügung gestellt haben. Mit Hilfe von Mitteln, die bis zu zwei Jahre lang für Workshops und andere koordinierende Maßnahmen zur Verfügung stehen, sollen Projekte bis zu einem erfolgversprechenden Antrag auf Drittmittelförderung unterstützt werden. Derzeit laufen aus der ersten Förderrunde vier, aus der zweiten sechs Vorhaben mit Finanzierung durch den Fonds.

Diese Art der Förderung soll auch in der dritten Auflage des Initiativfonds Forschung möglich sein. Ging es bisher aber vor allem um groß angelegte Anträge, an denen mindestens acht Wissenschaftler beteiligt sein sollten, sollen in der neuen Runde auch kleinere Forschungskooperationen zum Zuge kommen – vorausgesetzt, es handelt sich um innovative Projekte. Diese Neuerung in der Ausschreibung entspricht der Empfehlung des RMU-Forschungsrates, dem insgesamt zwölf Wissenschaftler aus unterschiedlichen Fachbereichen – jeweils vier von jeder der drei beteiligten Universitäten – angehören.

Förderfähig sind Personal- und Sachmittel, die dafür bestimmt sind, ein Kooperationsprojekt zu konzipieren oder – und das ist neu – umzusetzen, insbesondere, sofern es sich um ein Projekt mit Pilotcharakter handelt. Die Höchstfördersumme beläuft sich auf 100.000 Euro pro Jahr für ein Projekt für die Laufzeit von maximal zwei Jahren. Gemeinsam bewerben können sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus mindestens zwei der drei RM-Unis. Um die Begutachtung kümmert sich der RMU-Forschungsrat, der externe Experten hinzuziehen kann und eine Empfehlung ausspricht. Die endgültige Entscheidung liegt bei den Präsidenten und der Präsidentin der drei Universitäten.

„Hochklassige Projektideen identifizieren“

Professorin Birgitta Wolff, Präsidentin der Goethe-Universität, sagte: „Mit dem Initiativfonds gelingt es der RMU, ihre gemeinsamen Stärken noch besser zur Geltung zu bringen. Ein gutes Beispiel bietet die Medizintechnik; hier gibt es bereits ein vom Initiativfonds unterstütztes Verbundprojekt. Frankfurt und Mainz verfügen über forschungsstarke Medizin-Fachbereiche, Darmstadt über ausgezeichnete Technikkompetenz. Unser Ziel ist es, in der neuen Förderrunde weitere hochklassige Projektideen zu identifizieren und damit noch mehr Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu standortübergreifenden Kooperationen zu ermutigen.“

Professor Hans Jürgen Prömel, Präsident der TU Darmstadt, ergänzt: „Nachdem wir bei den ersten beiden Ausschreibungsrunden den Fokus darauf gelegt haben, recht zeitnah neue Verbundprojekte anzustoßen, öffnen wir nun den Initiativfonds auch für Kooperationen, die noch in einem früheren Stadium sind. Es können sich nun auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bewerben, die erste gemeinsame Forschungsergebnisse erzielen wollen, mit denen gemeinsame Folgeprojekte dann überhaupt erst an den Start gehen können.“

Professor Georg Krausch, Präsident der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, erläutert: „Der RMU-Initiativfonds Forschung soll Projekte ankurbeln und in der Umsetzung unterstützen, die ohne die entsprechenden Partner an den Rhein-Main-Universitäten nicht oder nicht auf diese Weise realisierbar wären. So können zum Beispiel komplementär ausgerichtete Gebiete gemeinsame Projekte initiieren, was unter anderem für die sogenannten ‚Kleinen Fächer‘ interessant sein dürfte.“

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Bereits aus dem Initiativfonds Forschung geförderte Forschungsvorhaben und deren Sprecherinnen und Sprecher:

Innovative dentale Medizintechnik (Professor Robert Sader, Frankfurt)

Individueller Knochenersatz mittels 3D-Druck (Professor Bilal Al-Nawas, Mainz)

Digital Humanities im RMU-Verbund (Professorin Iryna Gurevych, Darmstadt, Professor Jost Gippert, Frankfurt, Professor Kai-Christian Bruhn, Mainz)

Textualität und Digitalität: Neue, multimodale Hermeneutik (Professorin Andrea Rapp, Darmstadt)

Architekturen des Ordnens (Professor Carsten Ruhl, Frankfurt)

Consequences of trait variation for biotic interactions (Professorin Susanne Foitzik, Mainz)

Novel concepts in selective electroconversions for added-value chemicals (Professor Siegfried Waldvogel, Mainz)

Lifestyle intervention to prevent and improve hepatic fibrosis in non-alcohoclic fatty liver disease (Professor Jörn Schattenberg, Mainz)

Robuste Signalverarbeitungsalgorithmen zur Analyse hochdimensionaler neuronaler Datensätze (Professor Heinz Koeppl, Darmstadt)

Stochastik Rhein-Main (Professor Volker Betz, Darmstadt)

Krisen hat die Europäische Union immer mal wieder erlebt. "Aber jetzt bin ich das erste Mal richtig beunruhigt", meint Prof. Dr. Michèle Knodt vom Institut für Politikwissenschaft der TU Darmstadt. "Die Finanzkrise war schon schwierig – und mit der Flüchtlingskrise ist es nicht einfacher geworden, den europäischen Gedanken zu bewahren. Derzeit stehen vor allem die Osteuropäer gegen die West- und die Nordeuropäer." Bei der Aufnahme von Flüchtlingen, aber auch beim Erarbeiten von Lösungsansätzen in anderen Politikfeldern blocke der Osten ab. 

Knodt greift Polen als Beispiel heraus. "Die EU hat immer mit Konsens gearbeitet. Solidarität spielt seit dem Lissabonner Vertrag 2009 eine große Rolle. Vor allem Polen hatte diese in der Energiepolitik von den anderen EU-Staaten eingefordert und laut nach Energiesicherheit gerufen. Es ist schließlich in hohem Maße von russischem Gas abhängig. Auf diesem Gebiet forderte das Land die EU immer auf: Ihr müsst solidarisch sein." Bei der Flüchtlingspolitik jedoch sei plötzlich überhaupt nicht mehr von Solidarität die Rede. Knodt meint angesichts solcher Entwicklungen: "Wir brauchen ein neues Narrativ aus der Mitte der EU heraus. Das ist aber im Moment nicht in Sicht."

Im Dezember 2015 schlossen sich die Goethe-Universität Frankfurt am Main, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz und die TU Darmstadt zur strategischen Allianz der Rhein-Main-Universitäten zusammen. "Genau am selben Tag haben wir auch die Gründung unseres Jean Monnet Centre of Excellence gefeiert", erinnert sich Knodt. 

Sie hatte sich gemeinsam mit Prof. Dr. Arne Niemann vom Institut für Politikwissenschaft der JGU bei der Europäischen Kommission um ein Jean Monnet Centre of Excellence "EU in Global Dialogue" beworben. "Diese Bewerbungen sind hoch kompetitiv, die Konkurrenz ist stark." Doch offensichtlich konnte das Konzept der beiden überzeugen. Beide kennen sich bereits länger und beide sind Inhaber eines EU-geförderten Jean Monnet Lehrstuhls für europäische Integration. Zudem haben sie an ihren jeweiligen Universitäten unterschiedliche Forschungsschwerpunkte zur EU-Außenpolitik entwickelt, die sich nun in dem neu geschaffenen Exzellenzzentrum ergänzen.

"Mit dem Jean Monnet Centre knüpfen wir an Themen an, zu denen wir bereits arbeiten. Es gibt uns die Möglichkeit, Dinge zu vertiefen, aber auch neue Richtungen einzuschlagen und neue Aspekte einzubeziehen." CEDI setzt auf fächerübergreifende Lehre und Forschung. Außerdem will es Öffentlichkeit herstellen und Interesse wecken für Fragen rund um die EU.

Eines der wichtigen Themen, mit denen sich die TU Darmstadt über die Disziplinen hinweg beschäftigt, ist die Energiepolitik der EU: Ingenieurinnen und Ingenieure des TU Darmstadt Energy Center forschen hier Seite an Seite mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern verschiedenster Fächer. Das überzeugte im Jahr 2015 auch das Bundesministerium für Bildung und Forschung: Es band die TU Darmstadt in "Kopernikus" ein, die bisher größte Forschungsinitiative zur Energiewende. An drei der vier Kopernikus-Projekte ist die TU Darmstadt mittlerweile beteiligt. Knodt selbst ist Direktoriumsmitglied und Mitantragstellerin eines Konsortiums, das die Energiewende als einen gesamtgesellschaftlichen Veränderungsprozess unter die Lupe nimmt.

Solche und ähnliche Initiativen werden nun mit den Forschungen des Zentrums verknüpft. Knodt skizziert CEDI als einen wichtigen Faktor in einem Netz von Projekten, zugleich aber auch als wichtigen Impulsgeber mit vielfältigen Aktivitäten. So beschäftigte sich ein Workshop mit der EU in der Krise. "Es ging darum, was die Krise institutionell bewirkt. Dass die Staatschefs in solchen Zeiten vorpreschen, ist nicht unüblich. Aber mittlerweile ist das zu einem dauerhaften Zustand geworden." Die EU-Organe würden dabei umschifft oder vor vollendete Tatsachen gestellt. "Was dabei herauskommt, ist nicht unbedingt besser als das, was die EU leisten könnte, und untergräbt zudem europäisches Regieren."

Ihr Mainzer Kollege Prof. Dr. Arne Niemann nennt ein Beispiel aus der jüngeren Geschichte, um zu zeigen, wie wirksam die EU tatsächlich agiert: Als sich Serbien und das Kosovo im Jahr 2013 nach ihrem jahrzehntelangen Konflikt endlich auf ein Abkommen einigten, war das ein Verdienst der Europäischen Union. Sie hatte vermittelt zwischen den beiden zerstrittenen Parteien. "Die EU war als Mediator im Kosovo-Konflikt durchaus erfolgreich", betont Niemann. "Sie ist in den letzten Jahren überhaupt viel aktiver geworden in diesem Bereich und es herrscht eine recht große Nachfrage, die EU bei der Lösung von Konflikten mit ins Boot zu holen."

CEDI hatte bereits kurz nach seiner Gründung zu einem Workshop eingeladen, der sich mit der EU als Mediator in internationalen Friedensverhandlungen beschäftigte. "Diese neue Rolle ist noch nicht ausreichend erforscht", erklärt Niemann. Das ein oder andere kann er aber schon sagen: "Die EU wird häufig nicht als so problematisch angesehen wie etwa die USA. Sie ist einfach noch nicht so oft angeeckt in der Weltpolitik und ihr werden nicht so viele Eigeninteressen unterstellt wie den Vereinigten Staaten. Die EU ist ein sehr interessanter Akteur auf der Weltbühne und in einigen Politikbereichen, wie der Sicherheitspolitik, auch ein relativ neuer Akteur."

Die Gründung des CEDI fällt in eine Zeit, in der sich die EU vielen Herausforderungen gegenüber sieht. Die Europäische Union macht Schlagzeilen – und nicht immer sind die positiv. Wie Knodt sieht auch Niemann besorgt auf die Flüchtlingskrise: Sie könnte zur Nagelprobe für den Zusammenhalt der europäischen Staaten werden.

"Wir haben auch einen Workshop zu diesem Thema veranstaltet", erzählt Niemann. Zwei Tage lang wurden verschiedenste Facetten der EU-Flüchtlingspolitik beleuchtet. "Unter anderem ging es um die Entwicklung der rechtspopulistischen Parteien im Zuge der Flüchtlingskrise. Schließlich haben wir nicht nur die AfD in Deutschland, sondern auch den Front National in Frankreich oder die UKIP in Großbritannien. In Polen und Ungarn sitzen sogar zwei rechtspopulistische Parteien mit in der Regierung."

All diese Veranstaltungen zeigen: Das frisch gegründete CEDI ist höchst aktiv. Die Bandbreite seiner Forschung ist groß. "Die TU Darmstadt und die JGU ergänzen sich hier hervorragend", lobt Niemann. "Es hat sich eine ganz eigene Teamdynamik entwickelt. Bisher habe ich den Eindruck, dass die Zusammenarbeit neben vielen neuen Erkenntnissen auch jede Menge Spaß bringt."

CEDI wird vorerst für drei Jahre von der Europäischen Kommission gefördert. In diesen drei Jahren wird unter anderem auch das Lehrangebot zur europäischen Integration an den beiden Universitäten ausgebaut. "Bestehende Projekte, deren Zukunft unsicher war, können wir verstetigen", sagt Niemann. Und nach den drei Jahren? Wer weiß. "Die gute Bewertung unseres Antrags hat ja gezeigt, wie viel Potenzial wir haben. Vielleicht gibt es Chancen auf eine weitere Unterstützung."

Das Projekt "Humanist Computer Interaction auf dem Prüfstand" versteht sich als Beitrag zu einer Optimierung der Humanist Computer Interaction, von der geisteswissenschaftliche Arbeit in digitalen Forschungsumgebungen profitiert. Ziel des Projekts ist die Untersuchung und Bewertung geisteswissenschaftlicher Arbeitsweisen in virtuellen Forschungsumgebungen. Dazu werden 19 internationale Forschungsgruppen an die digitalen Werkzeuge und Inhalte herangeführt und ihre konkreten Nutzungspraktiken und Forschungsprozesse innerhalb der virtuellen Forschungsumge­bung untersucht. Die Projektarchitektur beinhaltet drei eng miteinander verzahnte Teilbereiche, die jeweils durch eine der beteiligten Hochschulen bearbeitet werden.

Den informationstechnischen Teilbereich bildet die virtuelle Forschungsumgebung TextGrid. Diese unter Beteiligung der TU Darmstadt entwickelte Software vereint verschiedene Werkzeuge zur digitalen Textanalyse mit einer interaktiven Plattform zur gemeinsamen Bearbeitung von geisteswissenschaftlichen Forschungsprojekten. Betreut wird diese digitale Forschungsinfrastruktur vom Fachgebiet Germanistik – Computerphilologie und Mediävistik der TU Darmstadt um Prof. Dr. Andrea Rapp in Kooperation mit der Digitalen Akademie der Akademie der Wissenschaften und der Literatur | Mainz um Prof. Torsten Schrade.

Der inhaltliche Teilbereich besteht in Forschungen zu den Variae des spätantiken Politikers Cassiodor und zur Gesellschaft des ostgotischen Italien. Verantwortlich für diese Forschungen und den historischen Dateninput ist der Arbeitsbereich Alte Geschichte der Johannes Gutenberg-Universität Mainz unter Leitung von Prof. Dr. Marietta Horster sowie unterstützend das Forschungsteam Computational Historical Semantics der Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt um Prof. Dr. Bernhard Jussen.

Der analytische Teilbereich zur Validierung der digitalen geisteswissenschaftlichen Arbeitsprozesse besteht aus einem Methodenrepertoire aus dem Bereich der Nutzerforschung. Die Analyse der Humanist Computer Interaction in Form von Nutzerbeobachtung, Befragung und Eye-Tracking wird durch die Professur für Wirtschaftsinformatik und Medienmanagement am Fachbereich Wirtschaft der Hochschule Mainz von Prof. Dr. Sven Pagel durchgeführt.

Selbst eine Million Dollar Preisgeld und 17 Jahre Zeit haben nur gereicht, um eines der sieben „Millenium-Probleme“ der Mathematik zu lösen, was viel über die Schwierigkeit der vom renommierten Clay-Institut im englischen Oxford ausgelobten Aufgaben sagt. Da wünschen sich Mathematiker Rezepte, wie man komplexe in einfachere Probleme umwandelt. Diesem Ziel widmet sich der neue LOEWE-Schwerpunkt „Uniformisierte Strukturen in Arithmetik und Geometrie“, bei dem Mathematik-Teams der Technischen Universität Darmstadt und der Frankfurter Goethe-Universität ihre Kompetenzen koppeln.

„Gemeinsam wollen wir eine kritische Masse erreichen, um in kürzerer Zeit tolle Ergebnisse zu erzielen“, sagt Professor Dr. Jan Hendrik Bruinier vom Fachbereich Mathematik der TU Darmstadt. „Die zusätzliche Manpower wird uns auch helfen, mehr internationale Sichtbarkeit zu erreichen“, ergänzt Professor Dr. Martin Möller vom Institut für Mathematik der Goethe-Universität.

Donuts und andere Objekte

Die Mathematiker wollen knifflige geometrische Objekte durch deutlich einfachere ersetzen – einen Donut oder etwas verwickeltere Formen wie eine Brezel durch jeweils eine Ebene. Dabei sind diese Beispiele noch recht anschaulich. Für Mathematiker kann ein geometrisches Objekt noch viel mehr Dimensionen haben als die für Menschen vorstellbaren drei Raumrichtungen. Solche Gebilde zu vereinfachen ist ein extrem verzwicktes Unterfangen, das die renommierten Mathematiker im LOEWE-Schwerpunkt eine Weile beschäftigen wird.

Doch warum sich die Mühe machen? „Komplexe geometrische Objekte stellen Lösungen von schwierigen Problemen dar“, erklärt Bruinier. Grob kann man sagen: Wer die Geometrie vereinfacht, macht auch die Lösungen, die sie repräsentiert, leichter zugänglich. Ein Beispiel sind so genannte elliptische Kurven. Sie sind die graphische Repräsentation von schwer lösbaren Gleichungen, die durch so genannte Polynome gegeben sind. Wenn man von der polynomialen Gleichung y=x2 zum Beispiel zu y2=x3+1 übergeht, so erhält man statt einer einfachen Parabel eine elliptische Kurve.

Elliptische Kurven werden täglich millionenfach für Verschlüsselungen im Internet genutzt, wo sie dank ihrer Komplexität schwer zu knacken sind. Auch beim ersten Millenium-Problem, der „Vermutung von Birch und Swinnerton-Dyer“, geht es um elliptische Kurven. Die geometrische Repräsentation solcher Kurven sind Runden, die man auf einem Donut durch dessen Loch in der Mitte dreht. Durch die Uniformisierung hoffen die Forscher, mehr über die „Lösungsmengen von polynomialen Gleichungen“, wie Bruinier sagt, herauszubekommen.

Komplexes auf dem Billardtisch

Aber auch der umgekehrte Weg, von der vermeintlich simplen Ebene zu komplexeren Geometrien, kann fruchtbar sein. Dann nämlich, wenn sich Mathematiker schon sehr viel mit der anspruchsvolleren Geometrie beschäftigt und Methoden entwickelt haben, mit ihr umzugehen. Ein Billardtisch ist von seiner Geometrie her zwar denkbar einfach: eine flache Platte. Eine Kugel verläuft darauf auf physikalisch berechenbaren Bahnen. Dennoch kann es schnell kompliziert werden. Etwa, wenn man fragt, ob die Bahn einer einmal angestoßenen und ewig rollenden Kugel den Tisch gleichmäßig abdeckt oder nicht. Noch schwieriger wird dies, wenn die Tischfläche eine andere als die quadratische Form annimmt, ein „L“ zum Beispiel.

Dieses Problem behält seine Symmetrien, wenn man den Billardtisch in eine Art Brezel umwandelt: in einen Schlauch mit drei Henkeln. „Wir kennen viele Verfahren in solchen ‚Brezel-Räumen’“, erklärt Möller einen Vorteil dieser geometrischen Verkomplizierung. Die „Brezeln“ seien zudem flexibler, sagt Möller, man könne sie zum Beispiel einer Scherung aussetzen, ohne dass sich die Lösungen veränderten, während eine solche Verformung beim Billardtisch den Verlauf der Kugelbahnen verändern würde.

Der LOEWE-Schwerpunkt werde dazu beitragen, diese verwickelten Räume noch besser kennen zu lernen, sagt Möller. Die „Brezeln“ können viele verschiedene Formen annehmen und doch Brezeln bleiben, solange sie nur drei Löcher haben. „Aber wir wissen noch wenig darüber, welche weiteren Eigenschaften die Brezeln als Ganzes betrachtet miteinander teilen“, erklärt Möller.

Neuland wie dieses wollen die Mathematiker um Bruinier und Möller nun erobern. Beide sind fasziniert von Zahlen, der Arithmetik, und dem Zusammenfließen dieser mathematischen Teildisziplin mit anderen in ihrem Forschungsgebiet. Sie wagen sogar zu hoffen, der Lösung eines der Millenium-Probleme des Clay-Instituts näher zu kommen.

Christian Meier

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Neuer LOEWE-Schwerpunkt

Der neue LOEWE-Schwerpunkt „Uniformisierte Strukturen in Arithmetik und Geometrie“ geht der Grundfrage nach, ob sich komplizierte geometrische Räume durch einfache Räume beschreiben lassen, um so neue Anwendungsfelder etwa in der Mathematischen Physik zu erschließen. Das Konzept der Uniformisierung erlaubt es, einen komplizierten geometrischen Raum durch einen deutlich einfacheren zu ersetzen, ohne die lokale Struktur zu verändern. Die Komplexität wird dabei durch innere Symmetrien des einfacheren Raumes beschrieben. Diese Grundidee hat sich als sehr effektiv erwiesen. Im LOEWE-Schwerpunkt sollen durch die Verbindung verschiedener Techniken der Uniformisierung neue Einsichten zu aktuellen arithmetischen und geometrischen Klassifikationsproblemen gewonnen werden.

Untersucht werden algebraische Varietäten, also Lösungsmengen von Gleichungssystemen, die durch Polynome gegeben sind. Wichtige Beispiele, etwa elliptische Kurven, spielen auch in Anwendungen in der Kryptographie und in der Mathematischen Physik eine bedeutende Rolle. Der LOEWE-Schwerpunkt (Sprecher: Mathematik-Professor Jan Hendrik Bruinier), an dem auch die Goethe-Universität Frankfurt beteiligt ist, wird mit 3,5 Millionen Euro gefördert.

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Mittels Laserspektroskopie konnten die Forscher einzelne Atome des Elements untersuchen und verschiedene atomare Anregungszustände nachweisen. Das Experiment wurde unter Leitung der Abteilung Superschwere Elemente Physik am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung von einer internationalen Kollaboration durchgeführt, an der Prof. Dr. Thomas Walther vom Institut für Angewandte Physik der TU Darmstadt mit seinen Doktoranden Felix Lautenschläger und Premaditya Chhetri beteiligt war.

Die Experimente wurden gemeinsam von Wissenschaftlern des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, des Helmholtz-Instituts Mainz, der TU Darmstadt, der KU Leuven (Belgien), der Universität Liverpool (Vereinigtes Königreich) und des TRIUMF (Vancouver, Kanada) durchgeführt. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher im Fachmagazin Nature.

Rätsel um die innere Struktur

Von den meisten der heute 118 bekannten Elemente sind die Energiespektren bekannt. Die Elemente jenseits von Fermium, die sogenannten Transfermium-Elemente mit mehr als 100 Protonen im Kern und der entsprechend gleichen Zahl von Elektronen in der Elektronenhülle, entziehen sich jedoch bisher den experimentellen Untersuchen. Doch gerade die relativistischen Effekte, ausgelöst durch die hohen Geschwindigkeiten, mit denen sich die Elektronen um Atomkerne mit einer derart hohen Protonenzahl bewegen, und auch die Wechselwirkungen zwischen den zahlreichen Elektronen bestimmen maßgeblich die innere Struktur der Atome. Wie alle Transfermium-Elemente ist auch Nobelium experimentell nur sehr schwer zugänglich. Es kommt in der Natur nicht vor und lässt sich nur künstlich und in geringen Mengen erzeugen. Daher sind seine Eigenschaften und die innere Struktur weitestgehend unbekannt.

Atomare Anregungszustände nachgewiesen

Mit einer hochempfindlichen Methode, die am Institut für Physik und dem Institut für Kernphysik der Universität Mainz in der Arbeitsgruppe von Professor Hartmut Backe und Dr. Werner Lauth seit Anfang der 90er Jahre entwickelt wurde, ist es den Forschern nun erstmals gelungen, atomare Anregungszustände in Nobelium nachzuweisen und zu charakterisieren.

"An der GSI-Beschleunigeranlage haben wir durch den Beschuss dünner Blei-Folien mit Kalzium-Projektilen die Atomkerne der Reaktionspartner zu dem Isotop Nobelium-254 verschmolzen. Am bei GSI betriebenen SHIP-Separator haben wir anschließend die Nobelium-Isotope isoliert und so eine Bestrahlung mit Laserlicht ermöglicht", beschreibt Professor Michael Block, Leiter der Abteilung Superschwere Elemente Physik am GSI Helmholtzzentrum und der Sektion Superschwere Elemente Physik am HIM, das Experiment.

Die Energieabstände in der Elektronenhülle ermittelt das Team durch Variation der Energie des eingestrahlten Laserlichts. Passt der Abstand, wird das Laserlicht absorbiert und ein Elektron aus dem Atom entfernt, wodurch das Atom zum positiv geladenen Ion wird. Dieses Ion wird anschließend anhand seines radioaktiven Zerfalls eindeutig nachgewiesen. "Der Experimentaufbau ist so sensitiv, dass für die Durchführung unserer Untersuchungen eine Erzeugungsrate von wenigen Atomen pro Sekunde ausreichend ist. Dabei existieren die radioaktiven Nobelium-Atome gerade mal 50 Sekunden, bevor sie wieder zerfallen", sagt Dr. Mustapha Laatiaoui, GSI-Wissenschaftler und Leiter des Experiments.

Untersuchungen ausgedehnt

Nachdem der erste atomare Übergang in Nobelium-254 bestimmt wurde, konnten die Untersuchungen sogar auf das kurzlebigere Isotop Nobelium-252 ausgedehnt werden, das nur mit einer fünffach geringeren Produktionsrate als Nobelium-254 erzeugt werden kann. Die Messung der Energieverschiebung eines atomaren Übergangs zwischen verschiedenen Isotopen liefert Informationen über die Größe und Form der jeweiligen Atomkerne.

Mit dem Experiment ist es erstmals gelungen, Untersuchungen der atomaren Struktur eines Transfermium-Elements am Beispiel Nobelium (Z= 102) mittels Laserspektroskopie durchzuführen. Die extrem hohe Präzision, mit der die Energien der atomaren Zustände in Laser-Experimenten gemessen werden können, liefert die Basis für weitergehende theoretische Arbeiten und eröffnet neue Perspektiven für zukünftige Präzisionsexperimente zur Messungen atomarer und nuklearer Eigenschaften instabiler Atomkerne im Bereich der superschweren Elemente.