Forschungsschwerpunkt „Teilchen-, Astro- und Mathematische Physik“
Der universitäre Forschungsschwerpunkt „Teilchen-, Astro- und Mathematische Physik“ vereint in einzigartiger Weise Grundlagenforschung zur Teilchenphysik und Quantenfeldtheorie mit Fragestellungen der Astronomie und der Mathematik: Was sind die grundlegenden Bausteine der Materie? Woraus besteht die Dunkle Materie und was ist die Dunkle Energie? Welche Struktur haben Raum und Zeit? Was sind Ursprung und Geschichte unseres Universums und wie setzt es sich zusammen?
Die spektakuläre Entdeckung eines Higgs-Teilchens und der erste direkte Nachweis von Gravitationswellen haben zwei fundamentale Konzepte der Physik bestätigt, die Erzeugung der Massen von elementaren Teilchen in der Quantenphysik und Einsteins Konzept der Raum-Zeit – formuliert in der sogenannten „Allgemeinen Relativitätstheorie“. Gleichzeitig zeigen astronomische und kosmologische Beobachtungen, dass die bisherige Beschreibung der Natur unvollständig ist. So sind die Eigenschaften der Dunklen Materie, die den größten Teil der Masse des Universums ausmacht, nicht geklärt. Anti-Materie kann man im Labor zwar erzeugen, aber nicht im Kosmos wiederfinden. Auch ist bisher weder der Ursprung der gegenwärtigen beschleunigten Ausdehnung des Universums noch die weit schnellere Expansion unmittelbar nach dem Urknall verstanden.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzclusters „Quantum Universe“ konzentrieren sich daher bei der Beantwortung dieser Fragestellungen auf das Verständnis von Masse und Gravitation gerade an der faszinierenden Schnittstelle zwischen Quantenphysik und Kosmologie.
Diese Forschung ist weltweit vernetzt und findet zum Teil in großen internationalen Kollaborationen rund um den Erdball statt. Die dabei entwickelten Methoden und Technologien beeinflussen nachhaltig zahlreiche Gebiete der Wissenschaft und Gesellschaft. Das Zusammenspiel von beobachtender, experimenteller und theoretischer Forschung ist in Hamburg herausragend ausgeprägt und die Schnittstelle der drei Gebiete einzigartig besetzt.