EXC 2121:  Quantum Universe

• Fachliche Zuordnung: Teilchen, Kerne und Felder ; Astrophysik und Astronomie ; Mathematik ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2019
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390833306

Die Entdeckung eines Higgs-Teilchens und die erste direkte Beobachtung von Gravitationswellen gehören zu den spektakulärsten wissenschaftlichen Erfolgen der letzten Jahre. Sie stützen zwei fundamentale Konzepte der Physik, die Erzeugung der Massen der elementaren Teilchen und die Dynamik der Raum-Zeit. Gleichzeitig eröffnen sie einen neuen Zugang zum Verständnis dieser Konzepte in der Quantenphysik. Darüber hinaus zeigen astronomische Beobachtungen, dass die bisherige Beschreibung der Natur unvollständig ist. Die wichtigsten offenen Fragen beziehen sich unter anderem auf die Natur der Dunklen Materie, die den größten Teil der Masse des Universums ausmacht, auf das Fehlen der aus Laborexperimenten bekannten Anti-Materie im Kosmos, sowie auf den Ursprung der gegenwärtigen beschleunigten Ausdehnung des Universums und der nochweit schnelleren Expansion unmittelbar nach dem Urknall. Alle diese Sachverhalte hängen mit der Physik der elementaren Teilchen im sehr frühen Universum zusammen und können derzeit nicht durch eine Kombination von Quantenphysik und Gravitation erklärt werden. Deshalb steht das Verständnis von Masse und Gravitation an der Schnittstelle zwischen Quantenphysik und Kosmologie im wissenschaftlichen Zentrum dieses Quantum Universe Clusters.Wir konzentrieren uns auf vier besonders vielversprechende Zugänge zu dieser Fragestellung: (i) Erforschung des Higgs-Sektors und seiner kosmologischen Implikationen, (ii) Suche nach Wechselwirkungen der Dunklen Materie im Labor und im Kosmos, (iii) Entwicklung neuer Techniken für Gravitationswellenexperimente sowie die Erforschung von Gravitationswellen astrophysikalischer und kosmologischer Quellen, (iv) Weiterentwicklung der entsprechenden Quantentheorien für Materie und Gravitation. Jedes dieser vier Themen verspricht einen wissenschaftlichen Durchbruch innerhalb der nächsten zehn Jahre. In ihrer Gesamtheit werden sie unser Verständnis der grundlegenden Zusammenhänge der Natur entscheidend voranbringen.Das Team des Quantum Universe Clusters besteht aus führenden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus den Bereichen Mathematik, Teilchenphysik, Astrophysik und Kosmologie. Die einzigartige Zusammenarbeit zwischen der Universität Hamburg und dem Helmholtz-Zentrums DESY ist international hoch angesehen und zeichnet sich durch eine inspirierende akademische Atmosphäre für Forschung, Ausbildung und Innovation aus.

• DFG-Verfahren: Exzellenzcluster (ExStra)
• Antragstellende Institution: Universität Hamburg
• Beteiligte Institution: Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
• Sprecherinnen / Sprecher: Professorin Dr. Erika Garutti, seit 7/2022; Professor Dr. Jan Louis, bis 6/2022; Professor Dr. Peter Schleper, bis 6/2022; Professorin Dr. Geraldine Servant; Professor Dr. Timo Weigand, seit 7/2022
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr. Gleb Arutyunov; Professor Marcus Brüggen, Ph.D.; Professor Dr. Vicente Cortés; Professorin Dr. Elisabetta Gallo; Professor Dr. Christophe Grojean; Professor Dr. Florian Grüner; Professor Dr. Johannes Haller; Professorin Dr. Beate Heinemann; Professor Dr. Dieter Horns; Professor Dr. Bernd A. Kniehl; Professor Dr. Jochen Liske; Professorin Dr. Gudrid Moortgat-Pick; Professor Dr. Andreas Ringwald; Professor Dr. Roman Schnabel; Professor Dr. Christoph Schweigert; Professor Dr. Bernd Siebert; Professor Dr. Günter Sigl; Professorin Kerstin Tackmann, Ph.D.; Professor Dr. Jörg Teschner; Professor Dr. Georg Weiglein; Dr. Alexander Westphal