Koordinierte Programme

Der TRR 160 ist der erste deutsch-rus­si­sche Sonder­forschungs­bereich, der seit 2015 von der Russian Foun­da­tion for Basic Research und der Deut­schen Forschungsgemein­schaft mit einer 12-Jahres-Perspektive ge­för­dert wird. Beteiligt sind Wissen­schaft­lerinnen und Wis­sen­schaft­ler des Ioffe-Instituts und der Staatlichen Uni­ver­si­tät in St. Petersburg sowie der TU Dort­mund, die ge­mein­sam an kohärenter Spinelektronik für eine effiziente In­for­ma­tions­ver­ar­bei­tung der Zukunft arbeiten.

Das über­geord­nete Ziel des MERCUR-geförderten Gra­du­ier­ten­kol­legs Prä­zi­sions­pro­to­nen­the­ra­pie (PPT) ist die strukturierte Aus­bil­dung von Pro­mo­vie­ren­den auf dem Gebiet der Pro­to­nen­the­ra­pie und die Ar­beit an Themen der damit verbundenen komplexen Prozesskette. Hier arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Physik (TU Dortmund) und der Chemie (Universität Duisburg-Essen) an der Schnittstelle zur Medizin [UK Essen und Westdeutsches Protonentherapiezentrum Essen (WPE)].
 

Beim Ex­zel­lenz­clus­ter RESOLV geht es um das Ver­ständ­nis und Design lösungsmittelabhängiger Prozesse. Hier kooperieren die RUB und die TU Dort­mund er­folg­reich mit Wissen­schaft­lerinnen und Wis­sen­schaft­lern aus Duisburg-Essen und wei­te­ren außeruniversitären Partnern.

Der Sonderforschungsbereich/Transregio TRR 142 wird seit 2014 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. Hier forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Paderborn und der TU Dort­mund gemeinsam daran, nichtlineare Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie auszunutzen, um so maßgeschneiderte funktionelle optische Strukturen herzustellen. Diese sind ein zentraler Baustein für photonische Quantentechnologien und die Zukunft der Quanteninformationsverarbeitung.

 

Im Rahmen des EU-Forschungsnetzwerks PATHOS werden neue Techniken entwickelt, welche um den Informationsgehalt von spektroskopischen und bildgebenden Methoden zu verbessern, mit denen biologische Systeme untersucht werden, darunter auch der menschliche Körper. Wir verwenden dafür grundlegende Erkenntnisse der Quantenmechanik, welche unter anderem bei Untersuchungen zur Quanteninformation und Quanten-Kontrolle erarbeitet wurden. Zu den bisher erzielten Resultaten gehören z.B. optimierte Messtechniken für die nichtinvasive klinische Bildgebung, welche die Diagnose von Krankheiten erleichtern. An diesem Projekt sind, neben der TU Dortmund, Arbeitsgruppen aus Italien, Israel und Argentinien beteiligt.

Der Sonderforschungsbereich 876 bringt die Forschungsgebiete der Datenanalyse (Big Data Analytics, Data Mining, maschinelles Lernen, Statistik) und der eingebetteten Systeme (Cyber-Physical Systems) zusammen und erweitert sie so, dass Information aus verteilten, dynamischen Datenmassen realzeitlich für Entscheidungen vor Ort verfügbar wird. Das Datenvolumen, die Heterogenität und Verteiltheit der Daten sowie ihr oft hoher Durchsatz sind im Verhältnis zu den jeweils gegebenen Rechnern zu sehen. In der Teilchen- und As­tro­teil­chen­phy­sik forschen wir an der Beseitigung von Ressourcenbeschränkungen durch hohe Dimension, Dynamik und Volumen der Daten.

Das Kompetenzzentrum Maschinelles Lernen Rhein-Ruhr hat das Ziel, Technologien des Maschinellen Lernens in Deutschland auf ein weltweit führendes Niveau zu bringen. Das Zentrum ML2R wird als einer von sechs bundesweiten Knotenpunkten zu Künstlicher Intelligenz (KI) und Maschinellem Lernen (ML) durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Beteiligt sind die Technische Universität Dortmund, die Fraunhofer-Institute für Intelligente Analyse- und Informationssysteme IAIS in Sankt Augustin sowie für Materialfluss und Logistik IML in Dortmund und die Universität Bonn. In der Teilchen- und As­tro­teil­chen­phy­sik wird hier die Entwicklung der künstlichen Intelligenz vorangetrieben und erprobt.

Der BMBF-Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T02 "Physik bei höchsten Energien am Large Hadron Collider" ist ein deutsches For­schungs­netz­werk aus fünfzehn Institutionen. Forschungsschwerpunkt  ist die Elementarteilchenphysik am Large Hadron Collider (LHC) am CERN, Genf, mit dem ATLAS Detektor. Die Fakultät Physik beteiligt sich dabei an der Vermessung der Eigenschaften des Top-Quarks und der Suche nach neuen physikalischen Prozessen bei höchsten Energien sowie am Betrieb des ATLAS-Experiments. Darüber hinaus ist die Fakultät im Rahmen einer Förderung von Forschungsinfrastrukturen an der Weiterentwicklung des halbleiterbasierten Spurdetektors des ATLAS-Experiments beteiligt.

Im vom BMBF geförderten Forschungsschwerpunkt ErUM-FSP T04 "LHCb: Quark-Flavor-Physik  am LHC" sind die Forschungsaktivitäten der deutschen Gruppen im Rahmens des LHCb-Experiments am Large Hadron Collider (LHC) des CERN gebündelt. LHCb auf die Untersuchung der am LHC in großer Zahl produzierten Beauty-  und Charm-Hadronen spezialisiert. Die Dortmunder Forschungen fokussieren sich auf Untersuchungen zur Materie-Antimaterie-Asymmetrie und zu äußerst seltenen Zerfällen von Beauty-Hadronen. Diese Untersuchungen erlauben die indirekte Suche nach neuen Teilchen, deren Massenskala deutlich oberhalb dessen liegt, was am LHC direkt produziert werden kann. Neben der Datenanalyse ist Betrieb und Weiterentwicklung des Experiments zentraler Bestandteil der Aktivitäten. Hier sind insbesondere die Dortmunder Arbeiten zu Entwicklung und Bau eines neuen Spurdetektors zu nennen, der zurzeit am CERN installiert wird.

Das unter BMBF-ErUM Universum geförderte Neutrino-Observatorium IceCube ist ein vielseitiger Teilchendetektor mit einem instrumentierten Volumen von einem Kubikkilometer. Neben hochenergetischen Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen können mit IceCube sowohl atmosphärische Myonen und Neutrinos, als auch exotische Teilchen, wie magnetische Monopole nachgewiesen werden. Die As­tro­teil­chen­phy­sik-Gruppe an der TU Dortmund ist Mitglied der IceCube-Kollaboration und wird sich auch an den vorgeschlagenen Upgrades des Detektors beteiligen. Der wissenschaftliche Fokus der Dortmunder Arbeitsgruppe liegt dabei auf der Rekonstruktion von Energiespektren, der Simulation der Leptonpropagation durch verschiedene Detektormedien und der Rekonstruktion unterschiedlicher Teilcheneigenschaften, wie z. B. Energie und Richtung mit Deep-Learning-Methoden. Die multinationale IceCube-Kollaboration hat Mitgliedsinstitute in Europa, den USA, Japan und Australien.

In dem Förderbereich BMBF-ErUM Universum CTA-D werden die deutschen Beteiligungen an dem Cherenkov Teleskop Array (CTA) zusammengefasst. Im Rahmen des BMBF-Projektes beteiligen wir uns am Aufbau der zukünftigen Generation von bodengebundenen Gammastrahlen-Teleskopen, die an zwei Standorten auf der Nord- und Südhalbkugel der Erde errichtet werden. Das erste Teleskop am Nordhalbkugel-Standort auf La Palma in unmittelbarer Nachbarschaft zu MAGIC befindet sich bereits im Betrieb und liefert erste Beobachtungsergebnisse. Die Dortmunder Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler leisten hier insbesondere Beiträge zur Entwicklung der Analysepipelines und zu ersten wissenschaftlichen Beobachtungen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von nachhaltigen und dabei effizienten Verfahren zum Management der gewonnenen Daten.

Mit einer neuen Generation von Radiointerferometern wie dem zukünftigen Square Kilometre Array (SKA) wird der Forschungsbereich großer Datenmengen für die Radioastronomie immer wichtiger. Das Radioteleskop-System MeerKAT in der südafrikanischen Karoo-Wüste ist ein bedeutender erster Schritt in diese Zukunft der Radioastronomie. Von großer Bedeutung für einen effizienten wissenschaftlichen Betrieb dieser riesigen Anlagen ist die weitgehende Automatisierung der Beobachtungen. Wir liefern im Rahmen des vom BMBF-geförderten Projektes D-MeerKAT-II zentrale Beiträge zur Robotisierung der MPG-SKA-Protoyp-Antenne, mit einem besonderen Fokus auf der Analyse von Sensordaten. Eingebettet sind unsere Aktivitäten dabei im German Long Wavelength Consortium (GLOW).

Das PUNCH4NFDI-Konsortium ist Teil der DFG-geförderten Nationalen Forschungsinfrastruktur (NFDI) und repräsentiert die vier Forschungsbereiche Teilchenphysik, As­tro­teil­chen­phy­sik, Hadronen- und Kernphysik sowie Astronomie. Ziel des Konsortiums ist es, den aktuellen Herausforderungen der Datenverarbeitung in diesen Wissenschaftsbereichen - Datenvolumen, Komplexität und Datenraten - mit neuen Methoden und Entwicklungen zu begegnen. Der Fachbereich Physik ist an der Echtzeit-Datenverarbeitung, der Entwicklung komplexer statistischer Methoden und der Ausbildung von Studenten zum Thema Forschungsdateninfrastruktur beteiligt.

Im Projekt Big Bang to Big Data (B3D) -- NRW-Cluster für datenintensive Radioastronomie, gefördert durch das Land NRW im Rahmen der Profilbildung 2020, arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von acht Hochschulen und Forschungsinstituten an der Verknüpfung der wissenschaftlichen Potentiale von Datenwissenschaften und Radioastronomie. Forschende der Fakultät Physik an der TU Dortmund koordinieren im Projekt das Arbeitspaket Datenwissenschaften, und entwickeln intelligente Methoden zur Auswertung von Beobachtungen bei höchster Ortsauflösung. Die Forschungsarbeiten finden in enger interdisziplinärer Kooperation statt, und schließen auch regionale und überregionale Industriepartner ein.

Die Forschungsarbeiten im DFG Sonderforschungsbereich 1491 „Cosmic Interacting Matters“ stehen im Zeichen der Verknüpfung von Astrophysik, Teilchenphysik, und Plasmaphysik. Das RAPP-Center war hierbei zentrale Keimzelle der Projekte, die von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Ruhr-Universität Bochum, der TU Dortmund, und der Universität Wuppertal geleitet werden. Erforscht werden die verschiedenen Zustände der interstellaren Materie, aktive Galaxienkerne und Zwerggalaxien, aber auch die Synergien zwischen Experimenten der As­tro­teil­chen­phy­sik und am LHC, um ein besseres Verständnis von Wechselwirkungsprozessen bei höchsten Energien zu erlangen. Ebenso fahnden die Forschenden nach der dunklen Materie im Universum.