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25.09.2019, 15:30 Uhr

Klasse für Naturwissenschaften und Medizin, 601. Sitzung

Vortrag 1: "Von der Entdeckung des Higgs-Teilchens zur Suche nach Dunkler Materie – Neues zur Forschung am CERN" Prof. Dr. Karl Jakobs, Freiburg; Vortrag 2: "Wie der Wellencharakter von Röntgenlicht die medizinische Bildgebung verbessern wird" Prof. Dr. Franz Pfeiffer, München

Vortrag 1

Mit der Inbetriebnahme des Large Hadron Collider (LHC) vor etwa zehn Jahren am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf begann für die Elementarteilchenphysik eine neue Ära. Im Vergleich zu früheren Beschleunigeranlagen konnte der zugängliche Energiebereich – und damit der Massenbereich für die Suche nach neuen Teilchen – maßgeblich erweitert werden und erstmals der sogenannte TeV-Bereich erreicht werden. Mit der Entdeckung des Higgs-Teilchens im Jahre 2012 wurde ein wichtiger Meilenstein in der Erforschung der fundamentalen Bauteile der Materie und der zwischen ihnen wirkenden Kräfte erreicht. Seit Jahrzenten war eine zentrale Frage der Physik, wie elementare Teilchen ihre Masse erhalten. Trotz dieser Entdeckung bleiben weitere wichtige Fragen offen, z. B. gibt es neue Arten von Materie? – und wenn ja, können diese die beobachtete Dunkle Materie im Universum erklären? Hat das Higgs-Teilchen genau die Eigenschaften, die im Rahmen der Standardtheorie vorhergesagt werden oder zeigen sich bei präziseren Messungen Abweichungen? Mittlerweile sind am LHC zwei Datennahmeperioden (von 2010–2012 bei Energien von 7 bzw. 8 TeV und von 2015–2018 bei der bislang höchsten Energie von 13 TeV) erfolgreich abgeschlossen worden. Dabei haben sowohl der Beschleuniger als auch die Experimente eine hervorragende Leistungsfähigkeit gezeigt und eine große Datenmenge aufgezeichnet. Basierend auf diesen Daten sind zahlreiche präzise Vermessungen und Tests der Quantenfeldtheorien der fundamentalen Wechselwirkungen durchgeführt worden. Darüber hinaus nahmen die präzise Bestimmung der Eigenschaften des 15 Higgs-Bosons sowie Suchen nach Erweiterungen der Standardtheorie großen Raum ein. Im Vortrag werden Einblicke in die spannende Forschung am CERN und der heutige Kenntnisstand vermittelt. Darüber hinaus werden die Pläne für die kommenden Messperioden diskutiert. Prof.

Prof. Dr. Karl Jakobs ist seit mehr als 25 Jahren an den Experimenten der Teilchenphysik bei höchsten Energien beteiligt. So forschte er an verschiedenen Experimenten am CERN in Genf und am US-Forschungslabor Fermilab in der Nähe von Chicago. An der Konzeption, am Bau und an der Datenanalyse des ATLAS-Experiments am Large Hadron Collider (LHC) war er maßgeblich, seit Anfang der 1990er-Jahre, beteiligt. Für seine herausragenden Beiträge zur Entdeckung des Higgs-Teilchens erhielt er 2015 die Stern-Gerlach-Medaille, die höchste Auszeichnung für experimentelle Leistungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG). Neben der Erforschung des Higgs-Teilchens steht die Suche nach sogenannten supersymmetrischen Teilchen im Vordergrund seines Interesses. Darüber hinaus ist er an der Entwicklung von hochauflösenden Siliziumdetektoren zur präzisen Vermessung der Bahnen geladener Teilchen beteiligt. Seit März 2017 ist er der wissenschaftliche Leiter (Spokesperson) des ATLAS-Experiments am CERN. Hauptarbeitsgebiete: Forschungen zu den Wechselbeziehungen zwischen byzantinischer Literatur und Kunst; zum Nachleben der jüdischen Literatur der hellenistischen Zeit in der byzantinischen Welt; zur Bedeutung der byzantinischen Kultur für die orthodoxen Slaven; zur Wirkung des öffentlichen Stundengebets der lateinischen Kirche auf die mittelalterliche und frühneuzeitliche Kunst Westeuropas.

Vortrag 2

Vor mehr als 100 Jahren entdeckte Max von Laue in München, dass Röntgenstrahlung nicht nur als Röntgenquanten im Teilchenbild interpretiert werden können, sondern ebenso einen Wellencharakter aufweisen. Diese Eigenschaft wird mittlerweile auch schon lange in der Grundlagenforschung eingesetzt (zum Beispiel in der Kristallographie zur Strukturbestimmung von Proteinen), hatte bisher jedoch keine Anwendung in der medizinischen Bildgebung. In den letzten zehn Jahren allerdings konnten in der vorklinischen Forschung sehr große technologische Fortschritte erzielt werden, die eine Nutzung dieses Wellencharakters von Röntgenlicht auch für die medizinische Bildgebung möglich machen. Diese neuartigen Radiographie-Verfahren, die sogenannte Phasenkontrast- und Dunkelfeld-Bildgebung, bergen ein großes Potenzial für eine deutliche Verbesserung der Röntgen-Bildgebung und somit auch der Diagnose von wichtigen Krankheiten. Dieser Vortrag zeigt die Grundprinzipien dieser neuen Verfahren auf, fasst exemplarisch die bereits erreichten vorklinischen Forschungsergebnisse an verschiedenen Organen zusammen, und zeigt das Potenzial für zukünftige klinische Nutzung in Radiographie und Computertomographie auf.


Prof. Dr. Franz Pfeiffer wurde 1972 in Kösching, Landkreis Eichstätt, geboren. Pfeiffer studierte von 1993–1999 Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität München. Nach Forschungs- und Lehraufenthalten am Institut Laue-Langevin und der Europäischen Synchrotronstrahlquelle ESRF (Grenoble, Frankreich), dem Center of Nanoscience (München) und der Universität des Saarlands (Saarbrücken) war er 2003 als Gastwissenschaftler an der University of Illinois, Urbana-Champaign, USA. Von 2003–2005 war er Wissenschaftler an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS, Paul Scherrer Institut in Villingen in der Schweiz, ab 2005 als Gruppenleiter. Die École Polytechnique Fédérale de 17 Lausanne berief ihn 2007 zum Assistenzprofessor. 2009 erhielt Pfeiffer einen Ruf als Physikprofessor auf den Lehrstuhl für Biomedizinische Physik am Institut für Physik der Technischen Universität München. 2012 wurde er zudem als Professor in die Fakultät für Medizin an der Technischen Universität München berufen. 2017 wurde Pfeiffer zum Direktor der zwei Jahre zuvor gegründeten Munich School of BioEngineering (MSB) ernannt. Franz Pfeiffer ist vor allem bekannt für seine herausragenden Forschungen zur Entwicklung der Phasenkontrast-Bildgebung mit Röntgenstrahlen. Pfeiffer legte mit seinen Arbeiten den Grundstein für die breite Anwendung dieses Verfahrens in Medizin und Industrie. Über die biomedizinische Grundlagenforschung hinaus haben seine Forschungen ein immenses Potenzial für die Verbesserung der gesamten Palette der medizinischen Röntgen-Diagnostik. Über das Hauptforschungsgebiet der Phasenkontrastentwicklung hinaus, beschäftigt sich Franz Pfeiffer auch mit der Weiterentwicklung der Ptychographie (eine Erweiterung der Rastertransmissions-Röntgenmikroskopie), der Tensor- Tomographie zur Untersuchung räumlicher Strukturverteilungen und der gitterinterferometrischen Bildgebung mit Neutronen. Zu seinen Forschungsgebieten gehören auch iterative Rekonstruktionsalgorithmen für die Computertomographie, die Dual-Energy Computertomographie, die Entwicklung von Röntgenkontrastmitteln sowie hochauflösende Mikro- und Nanotomographie. Franz Pfeiffer ist Autor von über 300 wissenschaftlichen Veröffentlichungen. Er hält zahlreiche Patente, hat eine Spin-off-Firma ausgegründet, und zahlreiche Forschungsgroßprojekte eingeworben. Für seine Forschungen wurde er u. a. ausgezeichnet mit dem Dr.-Eduard-Martin-Award der Universität Saarbrücken (2003), dem Nationalen Latsis Preis der Schweiz (2008), dem Röntgen-Preis der Universität Gießen (2010), dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis der DFG (2011), dem Alfred-Breit-Preis der Deutschen Röntgengesellschaft (2017), und der Röntgenplakette des Dt. Röntgenmuseums in Remscheid.