Forschung
Die Wissenschaftler*innen am Institut betreiben Forschung in vielen Bereichen wie etwa der Elementarteilchenphysik, der Quanten- und Laserphysik, oder der Physik der kondensierten Materie und komplexer Systeme. Eingebettet in ein interdisziplinäres Umfeld aus Arbeitsgruppen an anderen Fakultäten und Forschungszentren, sowie den Freiburger Fraunhofer-Instituten ergibt sich ein attraktives und vielfältiges Forschungsumfeld.
Forschungschwerpunkte
Verbundforschung und Graduiertenförderung
Am Physikalischen Institut werden viele spannende Forschungsthemen im Rahmen von Einzelforschungsprojekten bearbeitet. Darüberhinaus gibt es eine Vielzahl von geförderten Verbundprojekten, die ein gemeinsames, arbeitsgruppenübergreifendes Forschen auf höchstem wissenschaftlichen Niveau ermöglichen.
Graduiertenkolleg (GRK 2044) – Masse und Symmetrien nach der Entdeckung des Higgs-Teilchens am LHC
Die Entdeckung des Higgs-Teilchens am Kernforschungszentrum CERN in Genf/Schweiz gilt als Meilenstein der Wissenschaft, doch sind in der Teilchenphysik weitere grundlegende Fragen offen. Dies sind unter anderem das genaue Verständnis der Massenerzeugung, die Vereinigung der fundamentalen Kräfte oder die Natur der in der Astrophysik indirekt beobachteten Dunklen Materie. Das geförderte Graduiertenkolleg „Masse und Symmetrien nach der Entdeckung des Higgs-Teilchens am LHC“ soll mithelfen, diese zu beantworten.
Die am Kolleg beteiligten Physikerinnen und Physiker werden an der präzisen Vermessung des Higgs-Teilchens sowie an Suchen nach neuen Teilchen durch theoretische Vorhersagen und durch die Analyse der Messdaten des ATLAS-Experiments am Large Hadron Collider (LHC), dem weltweit leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger, im CERN beteiligt sein.
Graduiertenkolleg (GRK 2717) – Dynamics of Controlled Atomic and Molecular Systems
Die DFG fördert das Projekt über viereinhalb Jahre mit knapp sechs Millionen Euro. Ab Januar 2022 werden 14 Promovierende sowohl in Freiburg als auch im Rahmen eines Austauschprogramms in Vancouver/Kanada Materie auf Quantenebene untersuchen. Genau-kontrollierte atomare und molekulare Proben, die zum Beispiel in Molekular-, Clusterstrahlen oder speziellen Fallen isoliert sind, spielen in diesem Forschungsbereich eine Schlüsselrolle, um zu verstehen, welche Dynamik den Prozessen zugrunde liegt. Das neue GRK der Universität Freiburg zielt in Zusammenarbeit mit der University of British Columbia (UBC) in Vancouver darauf ab, Elektronen- und Kerndynamik von Systemen in genau definierten Quantenzuständen zu untersuchen und zu kontrollieren.
DFG Forschungsgruppe (FOR 5099) – Reduktion der Komplexität von Nichtgleichgewichtssystemen
Ziel der Forschungsgruppe ist, einen systematischen Zugang zu entwickeln, um Dynamik und Dissipation in komplexen Systemen fernab des Gleichgewichts zu beschreiben. Dazu werden unterschiedliche Zugänge betrachtet, wie generalisierte Langevin- und Master-Gleichungen, Fokker-Planck-Theorien, sowie ihre konsistente Kombination mit atomistischen Modellierungen wie klassische Molekulardynamik-Simulationen entwickelt. Unter Anwendung eines breiten Methodenspektrums – von komplett quantenmechanischen Beschreibungen bis zu klassischen Simulationen – wird die Forschungsgruppe Nichtgleichgewichtsphänomene in einer Reihe von Systemen betrachten, wie Transportprozesse in Nanostrukturen und Biomolekülen sowie unterschiedliche Formen von Reibung und andere dissipative Effekte. Das Gesamtziel der Forschungsgruppe stellt somit die Entwicklung effizienter und genauer Theorien, Modelle und Rechenmethoden dar, die eine reduzierte Beschreibung von Nichtgleichgewichtsprozessen in komplexen Systemen gestatten.
Mitglieder:
Prof. Dr. Gerhard Stock, Prof. Dr. Michael Moseler, Prof. Dr. Joachim Dzubiella, PD Dr. Steffen Wolf, Prof. Dr. Heinz-Peter Breuer, Prof. Dr. Michael Thoss, Prof. Dr. Tanja Schilling
Sonderforschungsbereich (SFB 1597) – Small Data
In SmallData, we address data analysis and modeling in small data settings, i.e., when there is only little information in a dataset at hand, due to a small number of observations that carry relevant information, relative to the complexity of novel patterns to be uncovered or the level of heterogeneity across observations.
Kooperationen und Beteiligung an Forschungszentren
Einige der Professoren und Dozenten am Physikalischen Institut sind gemeinschaftlich tätig (joint appointment) an externen Instituten in Freiburg:
- Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
- Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM)
- Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM)
- Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF)
- Institut für Sonnenphysik (KIS)
Mitglieder des Instituts betreiben außerdem Forschungsprogramme an einem der akademischen Zentren oder den Forschungszentren der Universität Freiburg:
- Freiburger Materialforschungszentrum (FMF)
- Freiburger Zentrum für interaktive Werkstoffe und bioinspirierte Technologien (FIT)
- Freiburg Center for Data Analysis, Modeling and AI (fdmAI)
- Freiburg Institute for Advanced Studies (FRIAS)
- Bernstein Center Freiburg
Fachbeirat – Scientific Advisory Board (SAB)
Ein wissenschaftlicher Fachbeirat berät das Institut in allen Aspekten seines akademischen Forschungs- und Bildungsprogramms.
Mitglieder des letzten Fachbeirats (April 2022):
Prof. Dr. Wolfgang Domcke, TU München
Prof. Dr. Enrique Fernandez, IFAE Barcelona
Prof. Dr. Erwin Frey, LMU München
Prof. Dr. Thomas Gallagher, University of Virginia, Charlottesville
Prof. Dr. Nigel Glover, University of Durham
Prof. Dr. Martina Havenith, Ruhr-Universität Bochum
Prof. Dr. Anthony J. Leggett, University of Illinois, Urbana-Champaign
Prof. Dr. Johanna Stachel, University of Heidelberg
Prof. Dr. Marc Vrakking, MBI Berlin
Während seiner Sitzung im April 2022 bewertete dieser Rat die Forschungs- und Bildungsaktivitäten (von 2018 bis 2021). Der Tätigkeitsbericht und öffentliche Vorträge mit Posterpräsentationen von Wissenschaftlern des Instituts haben einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Forschungsthemen am Institut gegeben.