Wir untersuchen, wie die Welt im Kleinsten, in Bereichen von nur einem tausendstel der Größe eines Atomkerns aufgebaut ist. Dort suchen wir gemeinsam mit Forschern aus aller Welt nach den Grundbausteinen der Materie und nach den Kräften, die unser Leben ermöglichen und bestimmen. In Ringbeschleunigern des europäischen Zentrums für Hochenergiephysik in Genf (CERN) und am größten amerikanischen Beschleuniger in Chicago (Fermilab) stoßen Protonen mit fast Lichtgeschwindigkeit zusammen. Supermikroskope - riesige Detektoren ermöglichen uns dort einen Einblick in kleinste Raum-Zeitgebiete und bisher unentdeckte Teilchen und Strukturen.

Die Welt der Quarks und Leptonen - der kleinsten Bausteine der Natur - wird mit wenigen, sehr eleganten Gleichungen beschrieben. Der Vergleich mit dem Experiment führt zur Bestätigung der zugrunde liegenden Theorie oder zu Hinweisen auf bislang unentdeckte Strukturen im Mikrokosmos. Wir entwickeln und verwenden modernste Rechenmethoden zum Lösen dieser komplexen Gleichungen. Dabei reicht das Spektrum der Forschung in Wuppertal von grundlegenden mathematischen Konzepten bis hin zum Design von Höchstleistungsrechnern.

Mit den größten Detektoren der Welt fahnden wir am geographischen Südpol und in den Weiten der Pampa Amarilla in Argentinien nach den höchstenergetischen Teilchen im Kosmos. Als Teil eines internationalen Wissenschaftlerteams öffnen wir damit ein neues Fenster zum Universum und erwarten Einblicke in die direkte Umgebung supermassiver schwarzer Löcher, in die Natur der dunklen Materie und in physikalische Prozesse unmittelbar nach dem Urknall.

Wir untersuchen die Dynamik der Atmosphäre, den Luftaustausch und die Kopplung zwischen unterer, mittlerer und oberer Atmosphäre. Wir forschen an Projekten zu Wetter und Klima im System Erde-Sonne und an den Auswirkungen von Umweltveränderungen. Mit Massenspektrometern messen wir Isotopenverhältnisse in Spurenstoffen und nutzen Flugzeuge und Zeppeline zu Fernerkundungszwecken. [mehr]

Wir beschäftigen uns mit der Durchleuchtung von Materialien und biologischen Strukturen und der bildlichen Darstellung (Tomographie) ihrer Eigenschaften. Die Ergebnisse sind z.B. für die zerstörungsfreie Materialanalyse wichtig oder finden in der medizinischen Diagnostik ihre Anwendung. Neben Röntgenverfahren werden dabei auch die Magnetresonanz- oder die Positronen-Emissions-Tomographie eingesetzt.

Wir berechnen mit exakten Verfahren die elektronischen und magnetischen Eigenschaften von Festkörpern. Solche Vielteilchensysteme werden in der Nanotechnologie so klein, dass Oberflächen- und Quanteneffekte zu berücksichtigen sind. Diese Effekte und die Wechselwirkungen der Elektronen führen zu frappierenden Phänomenen wie der Hochtemperatur-Supraleitung und dem Quantenmagnetismus.

Wir interessieren uns für supramolekulare Systeme, polymere Werkstoffe, die Wechselwirkung von Fluiden mit Oberflächen und die Entwicklung neuer Simulationsalgorithmen. Unsere Untersuchungen und Arbeiten helfen bei der Entwicklung neuartiger Werkstoffe und komplexer Nanosysteme in der Technik und den ,,Life-Sciences''. Industrieanwendungen finden sich bei der Entwicklung neuer Waschmittel oder Klebstoffe.

Wir erforschen mit einem speziell entwickelten Rastermikroskop das Tunneln von Elektronen aus Metalloberflächen. Durch hohe elektrische Feldstärken an Nanoröhren und Nanodrähten werden kalte Kathoden z. B. für neuartige Röntgenröhren und Flachbildschirme möglich. Die Feldemissionsmessungen helfen bei der Optimierung von supraleitenden Resonatoren für den freien Elektronenlaser XFEL in Hamburg (DESY).

Wir entwickeln neue Methoden und Instrumente für die Strukturanalyse mit Röntgen- und Synchrotonstrahlung. Damit lässt sich der Aufbau von Materialien auf atomarem Niveau detailliert bestimmen. Uns interessiert, wie dünne Schichten nahe am absoluten Temperaturnullpunkt wachsen oder wie Katalysatoren funktionieren.