Rhein-Main Universitäten

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.

feu

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.

Politikwissenschaftler aus Leidenschaft: Jan Dannheisig

Die Entscheidung fiel in Kambodscha. Dort machte Jan Dannheisig gerade ein halbjähriges Praktikum in der Entwicklungszusammenarbeit, als er von dem gemeinsamen Masterstudiengang „Internationale Studien / Friedens- und Konfliktforschung“ der TU Darmstadt und der Goethe-Universität Frankfurt erfuhr. Ein Mitarbeiter der Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) berichtete ihm davon. Bei seiner Rückkehr aus Südostasien schrieb sich der 27-Jährige an der Goethe-Universität ein. „Frankfurt und Darmstadt gehören zu den wenigen Universitäten in Deutschland, die so einen Studiengang überhaupt anbieten“, sagt er.

Gereizt haben ihn dabei vor allem der Bereich der Friedens- und Konfliktforschung und die technische Perspektive auf die Internationale Zusammenarbeit. Zuvor hat Dannheisig seinen Bachelor in Göttingen in Politikwissenschaften und Amerikanistik gemacht und ein Semester lang in Paris am Institut d’études politiques studiert. Er war Praktikant im Bundestag und EU-Parlament und ist viel gereist. Sein Fernziel ist eine Stelle bei den Vereinten Nationen oder der OECD, der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung. Während seines jetzigen Studiums arbeitet Dannheisig erst als Praktikant und dann als Werkstudent halbtags bei der GIZ in Eschborn und hofft dort im Anschluss an seine Masterarbeit als Berater unterzukommen. „Ich möchte gerne ins Ausland“, sagt er.

Mit den Seminaren in Frankfurt und den Blockseminaren in Darmstadt ist der Student sehr zufrieden. Vincent Pouliot, Gastprofessor von der kanadischen McGill University in Montreal an der TU Darmstadt, der über „Multilateral Governance of International Security“ gelehrt hat, ist ihm in guter Erinnerung geblieben. Dieses Semester gefällt ihm besonders das Seminar von Harald Müller zu „Aktuellen Fragen der auswärtigen Politik“ in Frankfurt. Nur die Pendelei zwischen den Standorten Frankfurt und Darmstadt, die empfindet er als aufwändig. Ebenso zuweilen den bürokratischen Aufwand, weil nicht jeder Schein auch online abgerufen werden kann.

Ende März fliegt er mit seinen Kommilitonen für eine UN-Simulation und Teilnahme an Verhandlungen nach New York. Gemeinsam mit seiner Delegation vertritt er Usbekistan, ein Land, von dem er zuvor wenig wusste. „Das bedeutet im Vorfeld viel Recherche, aber es ist spannend und macht viel Spaß“, sagt Jan Dannheisig.

Praktische Friedensarbeit: Jens Stappenbeck

Andere reisen nach dem Abi nach Amerika, tingeln durch Asien oder jobben auf einer Farm in Australien. Jens Stappenbeck hat nach dem Schulabschluss den Gaza-Krieg in Israel miterlebt und in der Nähe von Tel Aviv mit Heimkindern gearbeitet. Ein Jahr lang verbrachte er mit der Organisation „Aktion Sühnezeichen Friedensdienste“ in dem Heiligen Land, das immer wieder von unüberbrückbar scheinenden Konflikten gezeichnet ist. Für den heute 28-Jährigen war das ein prägendes und bleibendes Erlebnis. „Das hat mich zur Friedens- und Konfliktforschung gebracht“, sagt er. Heute studiert Jens Stappenbeck im dritten Semester an der TU Darmstadt und der Frankfurter Goethe-Universität den gemeinsamen Masterstudiengang „Internationale Studien / Friedens- und Konfliktforschung“.

Doch der Aufenthalt im Nahen Osten führte den jungen Hamburger auch nach Jordanien und Ägypten. „Nach dem Einblick in den jüdischen Staat wollte ich die andere Seite kennenlernen, ich wollte diesen hoch emotionalen Konflikt besser verstehen“, beschreibt er seine Motivation. Stappenbeck begann in Heidelberg ein Bachelorstudium in Politik- und in Islamwissenschaften, wechselte später zur Freien Universität Berlin, wo er seinen Abschluss machte. Erneut leistete er ein Praktikum bei „Aktion Sühnezeichen Friedensdienste“ in Jerusalem und eines im Zentrum für Demokratieforschung in Bulgarien.

Über einen Blog zur Sicherheitspolitik auf der Homepage der Goethe-Universität kam er schließlich nach Frankfurt und zum gemeinsamen Masterstudiengang „Friedens- und Konfliktforschung“. Doch was zunächst mit einem Interesse an normativen Ordnungen und Theorien begann, hat sich nun hin zu empirischer Friedensforschung verschoben. „Meine Interessen haben sich gewandelt“, sagt der 28-Jährige. Zunächst als wissenschaftlicher Mitarbeiter und schließlich als Vorstandsmitglied der Menschenrechtsorganisation „Genocide Alert“ erarbeitete er einen Monitor zur weltweiten Entwicklung von Massenverbrechen. Auf ihrer Internetseite dokumentiert die Organisation Völkermorde und Verbrechen gegen die Menschlichkeit, analysiert Daten und erstellt Risikobewertungen.

Einige der Module, die er an der TU Darmstadt belegt hat, passen da thematisch sehr gut, lobt er. Etwa wenn es um „Transitional Justice“ geht, also die juristische Aufarbeitung von Massenverbrechen wie den Holocaust oder auch den Völkermord in Ruanda. Es bedeute zwar einen zusätzlichen Aufwand, von Frankfurt nach Darmstadt zu pendeln, „aber ich versuche, die Veranstaltungen möglichst zu bündeln“, berichtet Stappenbeck. Insgesamt ist er sehr zufrieden mit seinen Studieninhalten.

Nach dem Abschluss will er weiterforschen und eventuell promovieren. Jens Stappenbeck würde gerne ein Praktikum beim „Early Warning Project“ des US Holocaust Memorial Museums in Washington machen. „Die USA sind im Bereich der Risikoanalysen schon viel weiter“, sagt er. Empirische Friedensforschung und Politikberatung zu verknüpfen, seine Ergebnisse direkt anzuwenden, dieser Gedanke gefällt dem 28-Jährigen. „Ich möchte helfen, Konflikte rechtzeitig zu erkennen und vielleicht auch zu verhindern, dass sie überhaupt ausbrechen.“

Astrid Ludwig

„Das war mein Baby, dieser Studiengang“, erinnert sich Tanja Brühl mit einem Lachen. Damals war sie noch Juniorprofessorin für Politikwissenschaften an der Frankfurter Goethe-Universität, heute ist sie deren Vize-Präsidentin. Schon seit den 1970er Jahren gab es Bestrebungen, die Friedens- und Konfliktforschung an Universitäten zu verankern. „Der Bologna-Prozess eröffnete dann neue Möglichkeiten für die Interdisziplinarität“, sagt sie.

2005 stand ein erster Kooperationsvertrag zwischen der Frankfurter und Darmstädter Universität an und Tanja Brühl nahm Kontakt zur TU und deren Gruppe IANUS auf. Die Darmstädter befassten sich schon damals speziell mit der naturwissenschaftlich-technischen Dimension der Friedens- und Konfliktforschung. „Und diesen Aspekt wollte ich unbedingt mit an Bord haben“, erinnert sich die Vize-Chefin der Goethe-Uni.

Tanja Brühl und ihr Darmstädter Kollege Klaus Dieter Wolf, TU-Professor für internationale Politik und heute Leiter des Leibniz-Instituts Hessische Stiftung Friedens- und Konfliktforschung (HSFK), waren die treibenden Kräfte. „Es gab keinerlei Erfahrung mit einem gemeinsamen Studiengang in Frankfurt und Darmstadt“, sagt Wolf. Ein Jahr lang kämpften sie sich mit ihrer Idee und ihrem Vorhaben durch die jeweiligen Fachbereiche, Studienausschüsse und den Senat beider Hochschulen.

Deutschlandweit einmalig

„Es war nicht leicht, denn es gab unterschiedliche Studienordnungen, Systeme, interne Regelungen und unterschiedliche Software. Aber es war einfach toll zu sehen, wie sich beide Seiten aufeinander zubewegt haben“, ist Brühl noch heute begeistert. Auch Wolf spricht von der „grandiosen Erfahrung, wie die TU-Rechtsabteilung mit der Freude am Gelingen daran gegangen ist“. Es habe eine positive Grundstimmung gegeben, neue Wege zu gehen – befeuert vom damaligen Autonomieprozess der TU Darmstadt und der Frankfurter Idee der Stiftungs-Universität.

Im Wintersemester 2007/ 2008 war es soweit: Der Masterstudiengang „Internationale Studien / Friedens- und Konfliktforschung“ und noch ein weiterer gemeinsamer Studiengang – „Politische Theorie“ – wurden genehmigt und vom hessischen Wissenschaftsministerium bewilligt. „Das war Pionierarbeit und deutschlandweit einmalig“, sagt Klaus Dieter Wolf. Anfangs hatten Frankfurt und Darmstadt zwar Probleme, die 60 Plätze zu besetzen, „aber dann entwickelte sich die Nachfrage rasant schnell“, so Wolf. Heute gibt es zwischen 500 und 600 Bewerbungen aus ganz Deutschland für die Studienplätze und ein spezielles Auswahlverfahren für den viersemestrigen Master.

Nach anfänglichen bürokratischen Problemen, bedingt durch zwei Studienstandorte, liegt die Verwaltung, also die Anerkennung und Abrechnung von Studienleistungen, für den gemeinsamen Studiengang heute allein in der Hand der Goethe-Universität. Darmstadt besteht jedoch auf dem Nachweis der aktiven Teilnahme an Seminaren der TU.

Ein Drittel der Masterstudierenden ist der TU Darmstadt zuzurechnen, zwei Drittel Frankfurt. In Darmstadt gelten alle Angebote wie etwa Mensa und Bibliotheksnutzung gleichberechtigt für die Kommilitonen aus Frankfurt und auch umgekehrt. Ebenso stehen ihnen die Angebote der Hessischen Stiftung Friedens- und Konfliktforschung zur Verfügung. Vizepräsidentin Tanja Brühl stellt fest: „Alle Seiten profitieren von der Kooperation.“ Bürokratisch habe es anfängliche „Umwege“, inhaltlich jedoch nie Zwistigkeiten gegeben. Jeder Partner habe sein eigenes Angebot und seine Besonderheiten eingebracht.

Für die TU Darmstadt liegt einer der Schwerpunkte vor allem auf der naturwissenschaftlich-technischen Dimension der Friedens- und Konfliktforschung oder der Technologie und internationalen Zusammenarbeit, so die Titel beispielsweise zweier Wahlpflichtmodule an der TU. „Das gibt es sonst nirgendwo“, sagt Klaus Dieter Wolf. So gehört zum Profil auch der Bericht Darmstädter Bauingenieure über Wasserversorgungsprojekte in Entwicklungsländern.

Der pendelnde Professor

Professor Jens Steffek ist quasi ein Kind der bilateralen Beziehungen beider Unis. Der 43-Jährige, der in Florenz in Politik- und Sozialwissenschaften promoviert hat, ist Professor für Transnationales Regieren an der TU Darmstadt und Principal Investigator am Exzellenzcluster „Die Herausbildung normativer Ordnungen“ an der Goethe-Universität, an dem ebenfalls beide Universitäten beteiligt sind.

Er lehrt in Darmstadt und forscht mit Kollegen in Frankfurt, pendelt wie auch die Studierenden mehrmals wöchentlich zwischen den Hochschulen. Die Aufteilung auf zwei Studienstandorte und die entsprechende Planung der Lehrveranstaltungen sei zwar eine „logistische Herausforderung“, er findet zwei Studienstandorte jedoch spannend.

Die sehr interdisziplinäre Ausrichtung reizt ihn besonders. „Ich kann viele eigene Themen setzen“, sagt er und meint damit vor allem Schwerpunkte zur Arbeit internationaler Nichtregierungsorganisationen (NGO). Für kommende Semester plant der Professor nun auch gemeinsame Lehrveranstaltungen mit Frankfurter Kolleginnen und Kollegen etwa zum Thema Völkerrecht und Völkerstrafrecht.

Als eine ganz besondere Veranstaltung preist er die regelmäßigen Exkursionen des Studiengangs nach New York oder Genf, wo die Studierenden an offiziellen Abrüstungsverhandlungen für Chemie-, Bio- oder Nuklearwaffen bei den Vereinten Nationen oder an UN-Simulationen teilnehmen dürfen. Steffek: „Das ist für die Studierenden eine spannende Erfahrung.“

Astrid Ludwig

Das Panorama ist bombastisch. Wie eine Arche, gestrandet in einem Meer aus Eis und Schnee, liegt die Forschungsstation auf der felsigen Spitze des Jungfraujoch. Das Dach Europas in der Schweiz, fast 3.500 Meter hoch, 100 bis 200 Tage im Jahr von kalten Wolken umhüllt. Für Meteorologen, Wetter-, Wolken- und Klimaforscher das Paradies, „ein reizvoller Standort mit einmaligen Bedingungen“, schwärmt Professor Martin Ebert vom Institut für Angewandte Geowissenschaften an der Technischen Universität Darmstadt.

Wissenschaftler aus der ganzen Welt treffen sich auf dem Gipfel, auch Martin Ebert war schon mehrfach dort. Meist, um Proben zu nehmen. Mit einem Stahlrohr, einer Art Staubsauger, holt er dann die Partikel aus der Luft ins Labor, die er für seine Arbeit daheim in Darmstadt braucht.

Der 45-Jährige ist eigentlich promovierter Chemiker, hat an der TU studiert und kam über die Materialwissenschaften im Jahr 2000 an das Institut für Geowissenschaften in der Darmstädter Schnittspahnstraße. Eine Erfahrung in Interdisziplinarität, die ihm heute für das INUIT-Projekt sehr nützlich ist. Ebert arbeitet zusammen mit seinem Kollegen, dem TU-Professor Stephan Weinbruch, und dem Meteorologen Dr. Heinz Bingemer von der Goethe-Universität Frankfurt an einem der neun Teilprojekte der Eiskeim-Forschungsgruppe.

Viel Feldarbeit

Die Darmstädter und Frankfurter Forscher wollen die jahreszeitlichen und geographischen Unterschiede bei der Konzentration, Zusammensetzung und den Quellen von Eiskeimen bestimmen. Das bedeutet viel Feldarbeit beispielsweise auf besagtem Jungfraujoch in der Schweiz, aber auch auf dem Kleinen Feldberg im Rhein-Main-Gebiet, in luftigen Höhen oder ganz nah am Boden.

Dafür nehmen sie jeweils Proben von einigen hundert Litern Luft und analysieren im Labor, wie viele der darin enthaltenen winzigen Staubpartikel – Aerosole – später auf dem Objektträger die Eiskristalle gebildet haben, die als Niederschlag die Wolke verlassen.

Die Frankfurter Kollegen haben einen Eiskeimzähler mit Namen FRIDGE entwickelt, der die Aerosolpartikel einsammelt. Mit Spezialkamera und Elektronen-Mikroskopie können an der TU die chemische Zusammensetzung, die toxische oder auch die Strahleneigenschaften der Partikel bestimmt werden. Welche Partikel lösen die Eisbildung aus?

„Bis auf wenige Mikrometer genau können wir die Stelle in der Frankfurter Probe anpeilen, wo Eiskristalle entstanden sind“, sagt Ebert. Bodenstaub- Partikel (Silikate), haben große Bedeutung, „das haben wir bereits herausgefunden“, verrät der TU-Professor. Vor allem sind es bestimmte Tonminerale und Feldspäte. „Wir kommen Schritt für Schritt näher“, so Ebert. Obwohl die Ergebnisse von Feldversuchen oftmals stark divergieren können. „Scharfe, präzise Ergebnisse sind schwer zu bekommen“, sagt der Geowissenschaftler.

Proben aus dem Eismeer

Weitere Proben kommen demnächst ins Labor. Immer dann, wenn beispielsweise das Forschungsschiff „Polarstern“ ins Eismeer aufbricht und die Wissenschaftler über den Wellen Aerosole einfangen. Die Goethe-Universität unterhält aber auch eine Kooperation mit einem schwedischen Institut, das am Mount Kenia in Ostafrika in 3.500 Metern Höhe Messungen vornimmt. „Die bringen uns ein bisschen Luft mit“, erzählt Heinz Bingemer. Mit vielleicht ganz anderen Aerosolen darin, als am Jungfraujoch oder dem Kleinen Feldberg.

Astrid Ludwig

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Internationale Forschergruppe INUIT

Wolken bestimmen maßgeblich den Wasserhaushalt der Erde sowie das Wetter und auch die Klimaforschung. Nicht jede Wolke bringt Regen oder Schnee. Eiskeime spielen bei der Entstehung von Niederschlag die entscheidende Rolle. Diese speziellen Aerosole, winzige Staubpartikel in der Luft, ermöglichen erst die Tropfen- und Eisbildung in Wolken. Nur Eispartikel können so groß anwachsen, dass sie schwer genug sind, um aus der Wolke als Regen, Graupel, Hagel oder Schnee herauszufallen.

Die internationale Forschergruppe INUIT (Ice Nuclei Reseach Unit) untersucht Aerosole und den komplexen Vorgang der Eisbildung in der Atmosphäre. Gefördert wird das Projekt nunmehr zum zweiten Mal für drei Jahre mit rund drei Millionen Euro von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG). An den neun Teilprojekten sind rund 50 deutsche und ein israelischer Forscher in Labor- und Feldversuchen beteiligt, darunter Meteorologen, Physiker, Biologen, Chemiker oder auch Geowissenschaftler.

Partner sind die die Goethe-Universität Frankfurt, die TU Darmstadt, die Johannes Gutenberg-Universität Mainz, das Max-Planck-Institut für Chemie Mainz, das Institut für Troposphären-Forschung Leipzig, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Bielefeld und das Weizmann-Institut für Wissenschaften nahe Tel Aviv in Israel.

Digitale Forschung steht für neue Möglichkeiten in der Bearbeitung geisteswissenschaftlicher Fragen durch die Nutzung moderner Informationstechnologien. Das Zentrum ist für Geistes-, Sozial- und Humanwissenschaftler, die ihr Feld mit moderner Technik voranbringen wollen, erste Anlaufstelle, Berater und Begleiter.

„Viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben nur eine vage Vorstellung, was sie mithilfe von Informatikwerkzeugen erforschen können. Deshalb geben wir Hilfestellung bei der Auswahl der richtigen Verfahren und Werkzeuge aber ebenso bei der Formulierung der neuartigen wissenschaftlichen Fragestellungen, die mithilfe von IT erstmalig beantwortet werden können“, erklärt Iryna Gurevych, Informatikprofessorin für Ubiquitäre Wissensverarbeitung in Darmstadt und aktuell stellvertretende Sprecherin des Zentrums.

Für die Beratung werden sowohl eine leistungsfähige Infrastruktur als auch das entsprechende Know-how in Darmstadt und Frankfurt aufgebaut. Die Darmstädter Forscher konzentrieren sich auf textanalytische Methoden mit komplexen Werkzeugen, die ein breites Spektrum an Fachrichtungen und Projekten abdecken können. Beispielsweise arbeiten die Forscherinnen und Forscher an der automatischen Erstellung von Persönlichkeitsprofilen in der Kriminalistik auf Basis von Interviewtexten von Verdächtigen. Diese könnten zukünftig die Arbeit von Sozial- und Humanwissenschaftlern, z.B. Gerichtsgutachtern unterstützen.

„Unsere Programme erschließen zwar ganz neue Forschungsmöglichkeiten, aber niemand kann die Intelligenz und das Wissen der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ersetzen. Es sind Werkzeuge, um die Unmengen digitaler Daten für die Untersuchungen handhabbar zu machen. Aber Werkzeuge sind immer nur genauso gut wie ihre Nutzer“, betont Gurevych. Bei der Beratung und Begleitung der Projekte profitieren deshalb auch die Informatiker von dem Fachwissen der Geisteswissenschaftler. Denn ohne deren Projektideen und Daten könnten sie die Verfahren und Werkzeuge nicht testen und weiterentwickeln.

Dass die Einrichtung des Zentrums fächerübergreifend einen Nerv trifft zeigen auch die zahlreichen hochkarätigen Partner, die bereits ihr Interesse an einer Zusammenarbeit angemeldet haben: unter anderem die Deutsche Nationalbibliothek, das Städel-Museum und die Harvard University.

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Hintergrund

Das CEDIFOR – Centrum für Digitale Forschung in den Geistes-, Sozial- und Bildungswissenschaften wurde im Dezember 2014 von Forscherinnen und Forschern der TU Darmstadt und der Goethe-Universität Frankfurt sowie des Deutschen Instituts für Internationale Pädagogische Forschung (DIPF) gegründet. Verantwortlich eingebunden sind an der TU Darmstadt Prof. Iryna Gurevych sowie die Professorinnen Petra Gehring (Sprach- und Technikphilosophie) und Andrea Rapp (germanistische Computerphilologie).

Das Zentrum führt die Arbeit des LOEWE-Schwerpunktes „Digital Humanities“ fort und wird vom Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung (BMBF) über drei Jahre mit 2,1 Millionen Euro gefördert. Sprecher sind im Wechselturnus Iryna Gurevych, Informatikprofessorin für Ubiquitäre Wissensverarbeitung in Darmstadt und Jost Gippert, Professor für Empirische Sprachwissenschaft in Frankfurt, bei denen auch die Koordination des neuen Zentrums liegt.

Anne Grauenhorst / sip

FAIR ermöglicht es, die „Ursuppe“, die wenige Sekundenbruchteile nach dem Urknall entstand, im Labor zu erzeugen. Wissenschaftler können so den Übergang von Atomkernen der leichtesten Elemente Wasserstoff und Helium zur uns umgebenden „normalen“ Materie beobachten. Die Untersuchungen werden zeigen, wie die Materie unseres heutigen Universums und damit auch wir entstanden sind.

In den ersten drei Minuten des Universums entstand die Materie als Paare von elementaren Teilchen und zugehörigen Antiteilchen. Heute finden wir aber nur noch Materie, die Antimaterie ist verschwunden. Wissenschaftler erklären das Überleben der Materie durch Symmetrieverletzungen. Das heißt: die physikalischen Gesetze sind für Materie und Antimaterie verschieden. Bisher experimentell nachgewiesene Symmetrieverletzungen reichen aber nicht aus, um das Überleben der ganzen Materie im Universum zu erklären. FAIR kann durch Experimente mit Teilchen und Antiteilchen neue Hinweise auf fundamentale Symmetrieverletzungen in der Natur finden, und erklären, warum es unsere Galaxie, unser Sonnensystem und uns überhaupt gibt.

Das Rätsel der starken Kraft

Der Schlüssel zum Verständnis der Eigenschaften von Nukleonen und Atomkernen, aus denen alles im Universum aufgebaut ist, ist ein besseres Verständnis der Starken Kraft. Experimente an FAIR werden Strahlen von Protonen und Antiprotonen kollidieren lassen. Dabei werden exotische Teilchen erzeugt, deren Eigenschaften Rückschlüsse auf das Verhalten der Starken Kraft zulassen.

Beim Tod von Sternen wird Materie stark komprimiert und erhitzt. Möglicherweise entstehen dabei neue, bislang unbekannte Formen von Materie, die auch an FAIR erzeugt und untersucht werden könnten. Daraus ließen sich neue Erkenntnisse über den Ablauf von Sternexplosionen und die Eigenschaften der Sternüberreste gewinnen.

In extrem energiereichen und heißen Szenarien wie Sternexplosionen werden Elemente rasch fusioniert. Dabei entstehen exotische instabile Atomkerne. FAIR ermöglicht die Vermessung von Reaktionen an diesen exotischen Atomkernen, die der Schlüssel zum Verständnis der Elementsynthese im Universum sind.

Dunkle Materie

Die Bewegung von Sternen in Galaxien weist darauf hin, dass es mehr als die sichtbare Materie gibt – die Dunkle Materie. Diese macht nach aktuellen Modellen etwa 25% der Energiedichte im Universum aus, während der Anteil der „normalen“ Materie nur etwa 5% beträgt.

Der große Teil der Materie im Universum ist uns also vollkommen unbekannt! Mögliche Kandidaten für die Dunkle Materie könnten neuartige Verbindungen der Starken Kraft sein. Unter verbesserten experimentellen Bedingungen könnten an FAIR Hinweise auf neuartige Materieformen gefunden.

Die Experimente an FAIR werden Plasmen mit Temperaturen und Dichten entsprechend der Verhältnisse im Inneren großer Planeten wie Jupiter erreichen. Zudem eröffnet FAIR die Möglichkeit, die physikalischen Grundlagen der Trägheitsfusion zu erforschen, in der einige Forscher die Zukunft der Energieversorgung sehen.

FAIR wird außerdem die Auswirkungen von kosmischer Strahlung auf Astronauten und Raumfahrzeuge untersuchen. Mit den Ergebnissen könnten Abschirmmaßnahmen für zukünftige Raumflüge geplant und optimiert werden.

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Wissenschaftlicher Direktor: Prof. René Reifarth, Institut für Angewandte Physik

Partner: Universität Gießen, Technischen Universität Darmstadt, Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) und GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Graduiertenschule:
Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research (HGS-HIRe for FAIR)

• 350 Doktoranden von der Goethe-Universität Frankfurt (ca. 40%), der TU Darmstadt (ca. 30%), der Universität Gießen (ca. 10%), der Universität Mainz (ca. 7%), der Universität Heidelberg (ca. 7%), und anderer Partner (ca. 6%)
• Doktoranden mit internationaler Herkunft: ca. 32%
• Die Doktoranden kommen mehrheitlich aus der Physik, es sind aber auch Ingenieure- und Materialwissenschaftler, Informatiker und Biologen in HGS-HIRe
• Forschung an Themen, die relevant sind für das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und die Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR)
• Laufzeit: 2008-2019

Kathrin Göbel / René Reifarth

Eine in der Physik neue und noch wenig erforschte Klasse von Teilchenbeschleunigern ermöglicht die weitgehende Rückgewinnung der Energie, die zur Beschleunigung des Teilchenstrahls aufgewendet wird. Dazu wird der beschleunigte Strahl in den supraleitenden, elektromagnetischen Beschleunigungsresonatoren wieder auf niedrige Injektionsenergien abgebremst. Die so funktionierenden Teilchenbeschleuniger heißen Energy Recovery Linacs (ERLs). Das neue Graduiertenkolleg „Accelerator Science and Technology for Energy Recovery Linacs” wird Quellen, Kontrollsysteme und Strahldynamik solcher ERLs erforschen.

Die Ausgangslage dafür sei „außergewöhnlich günstig“, da sowohl an der TU Darmstadt als auch an der Universität Mainz zurzeit Teilchenbeschleuniger dieser neuen Art entstehen, erläutert der Sprecher des Graduiertenkollegs, Professor Dr. Norbert Pietralla. So wird an der TU Darmstadt der supraleitende, rezirkulierende Elektronenlinearbeschleuniger „S-DALINAC“ gegenwärtig zum ersten Beschleuniger in Deutschland, der im Schema eines ERL betrieben werden kann, umgebaut. In Mainz ist im Rahmen des Exzellenzclusters „PRISMA“ ein erster an einer deutschen Universität betriebener Hochstrom-ERL mit dem Akronym „MESA“ im Bau.

Das Forschungs- und Ausbildungskonzept des Kollegs greift diese besondere Situation auf und bringt Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler aus Bereichen der Beschleunigerphysik und der Elektrotechnik zusammen, um in miteinander verzahnten Promotionsprojekten zum Thema der Physik und Technik von ERLs zu forschen. Deshalb sind auch vier Professoren aus dem Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik der TU Darmstadt eingebunden.

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Sprecher des Graduiertenkollegs

Sprecher: Prof. Dr. Norbert Pietralla (TU Darmstadt, Kernphysik);

Ko-Sprecher: Prof. Dr. Kurt Aulenbacher (JGU Mainz, Kernphysik) und Prof. Dr.-Ing. Thomas Weiland (TU Darmstadt, Theorie Elektromagnetischer Felder)

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