Physik: Theorie, Simulation und Experiment

Forscherinnen und Forscher der Institute für Theoretische Physik und für Ionenphysik und Angewandte Physik haben sich vor 5 Jahren zu einem Schwerpunkt zusammengeschlossen, um gemeinsam die Grundlagen der Atom-, Molekül- und Plasmaphysik zu erforschen und ein breites Spektrum von Anwendungen zu entwickeln, das von der Medizin über Umwelt- und Energiefragen bis zu neuen Materialen reicht.
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Bild: Von der Grundlagenforschung bis zu vielfältigen Anwendungen

Von der Beschreibung einzelner Ionen bis zum kollektiven Verhalten von Ionen und Elektronen reichen die Untersuchungen der Wissenschaftler im Forschungsschwerpunkt Ionen- und Plasmaphysik/Angewandte Physik. „Wir legen dabei besonderen Wert auf eine enge Zusammenarbeit von Theorie, Experiment und der Simulation am Computer", sagt der Koordinator des Schwerpunkts, Prof. Paul Scheier. „Die Fragestellungen reichen von der Elektronenwechselwirkung über die Massenspektrometrie, die Clusterphysik, die Fusionsforschung bis zu anwendungsorientierten Arbeiten in der Umweltphysik, der Materialforschung und der Biomedizin." Neben der Astrophysik und der Quantenphysik ist die Ionen- und Plasmaphysik das dritte zentrale Arbeitsgebiet der Innsbrucker Physik.

Breites Spektrum

Neun Forschungsgruppen haben sich in dem Schwerpunkt zusammengeschlossen, um den wissenschaftlichen Austausch zu verstärken und der Ionen- und Plasmaphysik ein stärkeres Profil zu verleihen. So untersucht etwa Koordinator Paul Scheier gemeinsam mit Prof. Tilmann Märk den Einfluss langsamer Elektronen auf Bestandteile der menschlichen Erbsubstanz. Die gleiche Technologie nutzen die Forscher auch, um die Entstehung des Lebens vor mehreren Milliarden Jahren im Labor zu simulieren. In winzigen, ultrakalten Heliumtröpfchen synthetisieren sie aus einfachen Bausteinen, wie Wasser, Ammoniak und Methan, komplexe Moleküle und versuchen so die Bildung der Bausteine der DNA in interstellaren Wolken nachzustellen. Mit den in Innsbruck entwickelten Messgeräten analysiert die Arbeitsgruppe um Prof. Armin Hansel in Echtzeit chemische Spuren. Beim Aufspüren von Umweltgiften hat sich dieses Verfahren bereits sehr bewährt. Weil Lungenkrebs, Magengeschwüre, Asthma, aber auch Abstoßungsreaktionen nach Organtransplantationen Spuren in der Atemluft hinterlassen, will die Gruppe das Verfahren nun auch zur Analyse von Atemluft und damit zur Etablierung eines Frühwarnsystems für diese Erkrankungen einsetzen. START-Preisträger Alexander Kendl untersucht mit seinem Team die Eigenschaften turbulenter Strukturen in Fusionsplasmen und trägt damit zum internationalen Fusionsexperiment ITER bei. Er bedient sich aufwendiger Simulationen an Großrechnern, um die komplexen Verhältnisse in den ultraheißen Plasmen zu analysieren. Daneben beschäftigen sich weitere Arbeitsgruppen mit der theoretischen und experimentellen Beobachtung von Fusionsplasmen.

Große Strahlkraft

Die Forschungsergebnisse des Schwerpunkts geben regelmäßig Impulse für neue Anwendungen. Über zehn Hochtechnologiebetriebe sind in der Vergangenheit aus den beteiligten Arbeitsgruppen heraus gegründet worden, darunter der Hörimplantate-Pionier MED-EL, ein Unternehmen, das heute weltweit über 600 Mitarbeiter beschäftigt und die Firma Ionicon, der Weltmarktführer bei der Gasanalyse mittels Protonen-Transfer-Reaktions-Massenspektrometrie.

(cf)

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