Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR

Was im Weltall vor sich geht, erschließt sich uns vor allem durch die Beobachtung des Lichts, das uns von dort erreicht. Die Zusammensetzung des Lichts von verschiedenen Quellen gibt Aufschluß über viele Vorgänge, die wir nicht direkt beobachten können. Voraussetzung dafür ist aber, dass wir die Vorgänge auf atomarer Ebene verstehen, die letztendlich bestimmen, welches Licht abgestrahlt wird. Ich beschäftige mich mit der Atomphysik hochgeladener Ionen. Das sind Atome, die einen Großteil ihrer Elektronen verloren haben, und die man in Umgebungen mit extrem hohen Temperaturen findet, wie zum Beispiel den Atmosphären von Sternen oder der Materie in der Nähe von Schwarzen Löchern. Hauptsächlich interessiere ich mich dabei für die Röntgenstrahlung, die von solchen Ionen abgegeben wird, und was wir aus dieser über solche heißen Umgebungen lernen können. Dazu setzten meine Kollegen und ich sogenannte Elektronenstrahlionenfallen ein, in denen wir auf der Erde hochgeladene Ionen produzieren und untersuchen können. Ich möchte Euch gerne einen Einblick in meine Arbeit geben, die mich regelmäßig auch in andere große Beschleunigerlabore, wie zum Beispiel DESY in Hamburg, führt.

Wie kam das Element Darmstadtium ins Periodensystem der chemischen Elemente? Ist das Periodensystem bereits vollständig oder gibt es noch weitere unentdeckte Elemente? Was sind superschwere Elemente und wie kann man sie mit Hilfe von Teilchenbeschleunigern herstellen? Welche Eigenschaften haben diese exotischen Elemente? Wie kann man superschwere Elemente untersuchen, obwohl man sie nur in geringsten Mengen von wenigen Atomen herstellen kann? Wer Antworten auf diese und andere Fragen rund um superschwere Elemente sucht, sollte sich für ein Gespräch bei „Meet a Scientist“ anmelden.

Wie werden schwere Elemente wie Blei und Uran im Universum erzeugt und wie können wir Experimente im Labor machen um diese Prozesse zu verstehen? Mit dieser Frage im Allgemeinen, und im speziellen die Rolle der Kernphysik darin, sind aktuelle Fragestellungen mit denen wir uns an der GSI und in anderen internationalen Laboren befassen. Wo diese Prozesse im Universum stadtfinden verstehen wir, seit der Beobachtung (Gravitationswellen und sichtbarem Licht) der Verschmelzung zweier Neutronensterne im Jahr 2017, viel besser. Nun gilt es umso mehr die kernphysikalischen Grundlagen besser zu verstehen, die hier eine Rolle spielen.

Die Biophysik-Abteilung der GSI ist eine Abteilung, die sich mit angewandter Forschung im Bereich der Krebstherapie (Strahlentherapie), der Strahlenbiologie und mit dem Strahlenschutz für Astronauten beschäftigt.

Die Abteilung ist sehr interdisziplinär ausgerichtet: Biologen, Physiker, Chemiker und Ingenieure arbeiten hier zusammen und wir haben viel erreicht in der Vergangenheit. Zum einen haben wir eine neue hochwirksame Strahlentherapie für tiefliegende und inoperable Tumoren entwickelt, die nun mehr und mehr von internationalen Firmen umgesetzt wird und an vielen Orten der Welt für die Krebstherapie angewandt wird.

Speziell in meiner Arbeitsgruppe beschäftigen wir uns mit den technischen und medizin-physikalische Aspekten der Ionenstrahlen-Therapie. Ein sehr aktuelles Thema ist die sogenannte FLASH Bestrahlung.

Ich selbst bin Physiker und stattlich anerkannter Medizinphysiker und habe in den vergangen Jahren sehr viel mit jungen Leuten und Studenten zusammen gearbeitet und eine Reihe von Bachelor, Master- und Doktorarbeiten betreut.

Ich beschäftige mich mit Laserkühlen und Laserspektroskopie von relativistischen schweren Ionen. In diesem Forschungsfeld trifft Beschleunigerphysik auf Atomphysik und Laserphysik. Wir benötigen das Beste aus allen Bereichen um die „coolsten“ Ergebnisse zu erzielen. So nutzen wir die Spezielle Relativitätstheorie von Albert Einstein aus um Ionen mit Laserstrahlen untersuchen und manipulieren zu können (riesige Doppler-Verschiebung!). Spezielle moderne Laser- und Detektorsysteme, sowie die Möglichkeit eines Kreisbeschleunigers Ionen zu „speichern“ bei Lichtgeschwindigkeit, ermöglichen uns dann auf eine einzigartige Weise neues zu entdecken. Diese Methoden lassen sich natürlich auch hervorragend anwenden bei der neuen Beschleunigeranlage FAIR (SIS100) wofür wir aufregende Experimente vorbereiten.

Als Doktorandin in der Abteilung Biophysik arbeite ich an einem dreidimensionalen Glioblastom Modell, welches in vitro aus Stammzellen generiert wird. An diesem erforsche ich die Auswirkungen von Strahlentherapie auf das menschliche Gehirn und helfe dadurch diese Therapie zu verbessern. Bei „Meet a scientist“ zeige ich euch einen Einblick in das Laborleben und die Forschung. Ebenso werden wir über den Weg dorthin reden und warum dieser nicht unbedingt gerade verlaufen muss.

We live in a world where the law of physics determines the behavior of bodies, currents, heat, and fields. The evolution of physical objects is entirely controlled by the law of dynamics. However, the law of physics allows for very complex behavior. The term chaos usually it is meant for something unpredictable and we say “chaotic evolution”. How is it possible that the ultra-precise laws of dynamics will yield in some cases an unpredictable evolution? How is it possible that deterministic laws will create chaos? Should we worry about it… or not? We can discuss together these aspects, and how they are present in particle accelerators of GSI, and in other fields.

Radiation protection in space
After graduating as a nuclear engineer at Politecnico di Milano, Italy, I started my Ph.D. at the Biophysics department of GSI almost three years ago, on the topic of radiation protection of astronauts for the mission to Mars. When people think about manned space exploration, the first obstacles that come to their minds are probably the mission’s technical challenges. Nevertheless, not many people know that the number one obstacle is cosmic radiation. What is cosmic radiation? What are the dangers caused by it? Why doesn't it affect us on Earth? How can we protect our space explorers? What is the state of the art of the research looking into this? How can particle accelerators like GSI help us in solving the problem? These are the topics that I will address and dissect in my talk, in order to shed light on what we need to achieve the challenge of sending the first human to Mars. My talk will take place live from the experimental room where I will conduct part of the tests required for my research. (English/Italian)

Radioprotezione nello spazio
Dopo essermi laureata in ingegneria nucleare al Politecnico di Milano, ho iniziato il mio dottorato al dipartimento di Biofisica del GSI quasi tre anni fa, facendo ricerca sulla radioprotezione degli astronauti per la missione su Marte. Quando si pensa all'esplorazione umana dello spazio, il primi ostacolo che sovviene sono probabilmente le difficoltà tecniche della missione. Tuttavia, pochi sanno che l'ostacolo numero uno è la radiazione cosmica. Che cos'è la radiazione cosmica? Quali sono i pericoli da essa causati? Perchè sulla Terra non ne abbiamo paura? Come proteggere i nostri esploratori spaziali? Qual'è lo stato dell'arte della ricerca che se ne occupa? Come possono acceleratori di particelle quali il GSI aiutarci a risolvere il problema? Queste le questioni che verranno discusse durante la mia lezione, per far luce su quello di cui abbiamo bisogno per raggiungere l'obiettivo di mandare l'uomo su Marte. Terrò la lezione dalla sala sperimentale dove conduciamo gli esperimenti necessari alla mia ricerca. (Inglese/Italiano)

Targets - Zielscheiben für die Wissenschaft
Was sind Targets und wie werden sie hergestellt? Ich lade Euch zu einem virtuellen Besuch in das Targetlabor bei GSI ein. Wir erschaffen hier nach den Wünschen des Experiments Zielscheiben für den Schwerionenbeschleuniger, um grundlegende Fragen aus verschiedenen Gebieten der Physik zu beantworten. Physiker*innen, Ingenieur*innen und Techniker*innen stellen gemeinsam mit klassischen technischen Verfahren, die wir auf unsere Anforderungen anpassen, hauchdünne freitragende Folien und besonders homogene massive Schichten für Experimente mit dem Schwerionenstrahl her.

Hinter den Kulissen bei GSI/FAIR
Was passiert in dem kleinen Waldstück im Norden von Darmstadt? Wer entscheidet eigentlich, woran Wissenschaftler*innen aus aller Welt bei GSI/FAIR forschen? Und warum brauchen Sie dazu einen Teilchenbeschleuniger? Ich lade Sie und Euch ein zu einem Rundgang durch die vielfältige Welt der Experimente bei GSI/FAIR – von großen Teilchendetektoren der Kern- und Astrophysik, über hochpräzise Messungen der Atomphysik, Krebstherapie mit Schwerionen bis hin zur Nanotechnologie in der Materialforschung.

Physik trifft Medizin
Findet ihr Physik oft sehr theoretisch und fragt ihr euch manchmal, welche konkreten Anwendungsbereiche es gibt? Ein tolles Beispiel dafür ist die Bestrahlung von Krebspatienten mit Schwerionen, zu deren Entwicklung ForscherInnen an der GSI von Beginn an große Beiträge geleistet haben. In meiner Doktorarbeit habe ich ein biophysikalisches Modell weiter entwickelt, dass z.B. in Heidelberg und in Marburg bei der Krebsbehandlung mit Kohlenstoffionen verwendet wird. In meinem Vortrag gebe ich euch einen Einblick in meinen Alltag als Forscherin, zeige euch, wie man Modelle an der Grenze zwischen Physik und Medizin entwickelt und warum Ionen Krebszellen abtöten können.

Ionen in der Falle
Sehr genaue Messungen erfordern besondere Vorbereitung. Wir beschäftigen uns mit hochgenauen Messungen an exotischen Ionen. Das sind entweder Ionen mit nur noch ganz wenig Elektronen oder aber Ionen kurzlebiger Isotope. Ionen wie sie z.B. in Sternen vorkommen. Um die notwendige Beobachtungszeit und damit Genauigkeit zu erreichen, werden diese Ionen gespeichert - in Ionenfallen oder Speicherringen. Durch die Speicherung in genau bekannter Umgebung können wir Massen und Reaktionswahrscheinlichkeiten sehr präzise messen. (English or German)