NuSTAR Physik

Willkommen auf den Seiten des Forschungsschwerpunktes 212 (FSP 212) "NuSTAR.de" im Rahmen des Verbundforschungsprogramms "Hadronen und Kerne" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF).

NuSTAR.de bietet den deutschen Universitäten, die sich in der Grundlagenforschung innerhalb der internationalen NUSTAR (Nuclear Structure, Astrophysics and Reactions) Kollaboration an der im Bau befindlichen Großforschungsanlage FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt engagieren, eine Plattform zur Vernetzung der einzelnen an NUSTAR beteiligten Arbeitsgruppen. NuSTAR.de dient damit der Koordination der Beiträge der deutschen Universitätsgruppen für die Planung, den Aufbau und die wissenschaftliche Nutzung der NUSTAR Experimentieranlagen an FAIR.


Gegenwärtig entsteht in Darmstadt das neue internationale Beschleunigerzentrum FAIR. FAIR ist eines der größten Forschungsvorhaben weltweit. An FAIR wird eine Vielfalt von Experimenten möglich sein, durch die Physiker aus aller Welt neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums erwarten.

Die NUSTAR Kollaboration wird die neuen Beschleunigeranlagen an FAIR für Grundlagenforschung mit Schwerpunkten auf Struktur von Atomkernen, nukleare Astrophysik, und Kernreaktionen nutzen. Atomkerne machen den größten Teil der sichtbaren Masse im Universum aus. Sie sind hochkomplexe Vielteilchen-Systeme, die den Gesetzen der Quantenmechanik unterliegen. Die Ordnung der Quantenorbitale, in denen sich Protonen und Neutronen im Kern bewegen, bestimmt in erster Linie die Stabilität und Eigenschaften der Kernmaterie. Man beobachtet erstaunlich einfache Anregungsmoden von Atomkernen, wie Rotationen oder Vibrationen, zu denen die Protonen und Neutronen gemeinsam beitragen. Die Entstehung einfacher Strukturen aus den komplexen Wechselwirkungen vieler Teilchen in Quantenzuständen zu verstehen ist eines der Ziele der kernphysikalischen Grundlagenforschung. Das Zusammenspiel der Kernkräfte, die sich im Verhalten einzelner Nukleonen im Kern, wie auch in solch kollektiven Moden manifestieren, bestimmt letztlich auch über den Prozess der Nukleogenese, die schwere Elemente z.B. in Supernova Explosionen erzeugt. Effekte wie die Ausbildung einer Neutronenhaut (oder eines Neutronen-Halos) um den Proton-Neutron Kern können entscheidenden Einfluß haben, und Kerntheorien machen unterschiedliche, durch das Experiment zu testende, Vorhersagen über die Eigenschaften von sogenannten exotischen Kernen - dies sind Atomkerne mit ungewöhnlich hoher Asymmetrie von Neutronen- zu Protonenzahlen.

Zentrale Fragen dieser Grundlagenforschung sind:

- Wie viele Protonen und Neutronen kann die Natur zu Atomkernen zusammen binden?
- Was sind die grundlegenden Eigenschaften der Kernkraft und wie verändert sie sich mit dem Neutron-zu-Proton Verhältnis?
- Wie entstehen kollektive Schwingungen aus der quantisierten Einteilchenbewegung der Nukleonen im Atomkern und welche neuen Schwingungen gibt es in schwach gebundenen Systemen mit extremem Neutron-zu-Proton Verhältnis?
- Wie und wo im Universum entstehen die schweren Elemente?

Diese Fragen sind inhärent miteinander verwoben. Insbesondere die Erforschung neutronenreicher Kerne ist ein Ziel der heutigen Forschung, die mit FAIR  in eine neue Ära eintreten wird.

Der FSP 212, NuSTAR.de, ist eingebettet in die NUSTAR Kollaboration, die vom BMBF in der Förderperiode 2012-2015 mit 9 Millionen Euro gefördert wird (siehe Förderkatalog des BMBF zu NUSTAR). NuSTAR.de ermöglicht den Austausch von Fachpersonal, sowie die Einwerbung und Verwaltung der hierzu vom BMBF bereitgestellten Mittel von 200 Tausend Euro, die auch die zentralen deutschen NUSTAR Allgemeinen Förderbeiträge von 90 Tausend  Euro beinhalten. Zudem bietet NuSTAR.de den Gruppen eine erhöhte Sichtbarkeit im europäischen Umfeld und bietet der Öffentlichkeit Informationen und Zugang zu den laufenden Arbeiten am und Vorbereitungen für ein zukunfsweisendes Kernforschungsprogramm an FAIR.

NuSTAR.de wurde in 2014 also einer von fünf Forschungsschwerpunkten in der Kern-und physik gegründet :