Der Bereich Atome, Plasma und angewandte Physik fokussiert sich auf die noch offenen Fragen zur elektromagnetischen Wechselwirkung mit besonderem Augenmerk auf die Materie unter extremen Bedingungen.
Sie umfasst die Wechselwirkung von Materie bei höchsten elektromagnetischen Feldern (z.B. im Projekt SPARC) sowie die Eigenschaften von Plasmen und von fester Materie unter extremen Druck-, Dichte- und Temperaturbedingungen, wie sie z.B. in unserer Sonne vorkommen.
Letzteres ist der Forschungsschwerpunkt der Zusammenarbeit bei der High Energy Density at FAIR (HED@FAIR), die sich die einzigartigen Eigenschaften intensiver Schwerionenpulse zunutze macht, um Materie volumetrisch zu erhitzen.
Das geplante HED@FAIR-Programm zielt dabei darauf ab, die Zustandsgleichung sowie die Transporteigenschaften verschiedener Materialien zu verstehen. Hier gibt es nämlich noch viele unerforschte Bereiche im Phasendiagramm warmer und dichter Materie. Warm ist dabei allerdings deutlich wärmer als daheim unter der Wolldecke — wir reden von Temperaturen, wie sie in Sternen vorkommen, d.h. mehrere Tausend bis Millionen Grad Celsius.
Materie unter solch extremen Bedingungen ist im Universum allgegenwärtig, z.B. im Inneren kompakter astrophysikalischer Objekte wie Planeten, Braunen Zwergen und Sternen. FAIR wird die Erforschung von Materie unter solchen Extrembedingungen im Labor ermöglichen.
Diese anspruchsvollen Experimente werden es durch den Vergleich theoretischer Modelle ermöglichen, unser Verständnis solcher Objekte zu testen. Hierfür ist allerdings eine genaue Kenntnis der Materialeigenschaften über einen großen Parameterbereich erforderlich.
Natürlich hat das Gebiet Überschneidungen mit der Materialwissenschaft und der Atomphysik, weswegen sie auch in der Forschungsakademie gekoppelt sind. Für die Materialforschung betrifft dies insbesondere den Bereich stark angeregter Festkörper, thermisch induzierter Spannungswellen und Strahlungsschäden. Im Bereich der Atomphysik wird z.B. der Einfluss des dichten Mediums auf die atomare Struktur untersucht.
Die Forschung beschäftigt sich also sowohl mit exotischen, hochgeladenen atomaren Systemen und deren Bauteilen als auch mit komplexen und korrelierten Plasmazuständen. Dabei sollen die Materialeigenschaften erforscht und der Einfluss von Teilchen-Strahlung auf biologische Systeme untersucht werden.
Dies ist z.B. für die Weiterentwicklung der Ionenstrahltherapie relevant. Dafür bietet die internationale FAIR-Anlage einzigartige Möglichkeiten, indem höchste Ladungszustände ausgenutzt werden können, was extreme statische Felder ermöglicht. Außerdem können bei relativistischen Energien extrem dynamische Felder und ultrakurze Feldpulse erzeugt werden.
Weiterhin ermöglicht es die Anlage, extrem hohe Ladungen bei niedrigen Geschwindigkeiten zu generieren. Demnach können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Akademie hervorragende Forschung im Bereich der Niederenergie-Antiprotonenphysik betreiben, was einmalige Möglichkeiten auf diesem Gebiet eröffnet.
Diese interdisziplinäre Forschung wird im Bereich APPA (Atom-, Plasma- und angewandte Forschung) zusammengefasst.
