Großforschung am KIT
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist "Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft" und damit eines von 18 Großforschungszentren in Deutschland. Die in der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren (HGF) organisierte Großforschung leistet wertvolle Beiträge, um drängende Zukunftsfragen der Gesellschaft zu lösen und die Rätsel des Universums weiter zu entschlüsseln.
Als Teil der HGF ist auch das KIT ein Aktivposten in der Großforschung, die nicht nur durch große finanzielle Mittel gefördert, sondern auch mithilfe großer Forschungsinfrastrukturen vorangetrieben wird. Solche Infrastrukturen werden langfristig auch am KIT betrieben und können von Forschenden in Deutschland und international genutzt werden.
Das Spektrum der Forschung reicht dabei von der Teilchenphysik über die Forschung zur Energiewende und zu einem besseren Verständnis des Klimawandels bis hin zur Untersuchung von Krankheitsursachen. Die bei diesen Arbeiten gesammelten Daten benötigen wiederum enorme Rechenleistungen, die das KIT als Zentrum für Nationales Hochleistungsrechnen bereitstellt. Dabei kann das KIT auch seine Expertise in der IT-Sicherheit ausspielen.
Im Videointerview erklärt Oliver Kraft, der Vizepräsident für Forschung des KIT, was Großforschung am KIT bedeutet, welche Fragen man damit lösen möchte, vor welchen Herausforderungen die Großforschung steht und wie Studierende am KIT davon in ihrer akademischen Ausbildung profitieren.
Überblick
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Großforschung ist Schwerpunktthema der Ausgabe 4/21 des Forschungsmagazins lookKIT.
Zum HeftEnergie für eine nachhaltige Zukunft
Die Energiewende ist einer der zentralen Bausteine im Kampf gegen den Klimawandel. Am KIT wird deshalb im Energy Lab 2.0 am Energiesystem der Zukunft geforscht – und das sektorenübergreifend: Von der bioliq-Pilotanlage über Power-to-X und Solarstrom bis hin zur virtuellen Einbindung von Windparks sowie der Erlebbarkeit der Energiewende anhand von Musterhäusern. Aber auch an anderen Stellen arbeitet das KIT daran, klimafreundliche Lösungen auf den Weg zu bringen, so auch bei der agilen Produktion von Batterien.
Das einzigartige Reallabor liefert Erkenntnisse über den nachhaltigen Umbau unseres Energiesystems.
Zum Online-Dossier
Foschende des KIT bringen ihre Expertise in allen drei Leitprojekten des Bundes ein.
MehrInfrastruktur für die Spitzenforschung
Spitzenforschung braucht nicht nur herausragende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, sondern auch Infrastrukturen, um diesen das Arbeiten zu ermöglichen oder mindestens zu vereinfachen. Solche Strukturen bietet das KIT beispielsweise in Form des Zentrums für Nationales Hochleistungsrechnen mit seinem neuen Supercomputer HoreKa (Hochleistungsrechner Karlsruhe). Forschende aus ganz Deutschland haben dadurch die Möglichkeit, auf enorme Rechenleistungen zurückzugreifen. Mit GridKa, dem Grid-Computing Zentrum Karlsruhe, betreibt das KIT außerdem das deutsche Daten- und Analysezentrum zur Speicherung, Analyse und Archivierung von Daten, etwa vom LHC-Beschleuniger am CERN. Beide Forschungsgroßgeräte sind wichtige Beiträge des KIT zum datenintensiven Rechnen in der deutschen und internationalen Forschungslandschaft.
Doch auch an anderer Stelle unterstützt das KIT Forschende in Deutschland und Europa. So können am Elektronenspeicherring KARA (Karlsruhe Research Accelerator) etwa Technologien für Teilchenbeschleuniger entwickelt werden, die tiefe Einblicke in den Aufbau der Materie geben, zum Beispiel können mithilfe von Synchrotronstrahlung zerstörungsfreie Untersuchungen von biologischen Strukturen und Werkstoffen durchgeführt werden. Das Europäische Zebrafisch-Ressourcenzentrum am KIT wiederum stellt für die Forschung in Europa ein zentrales Archiv vielfältiger Zebrafischstämme zur Verfügung, mit deren Hilfe unter anderem die Ursachen von Krebs oder Herzkrankheiten erforscht werden können.
Am Elektronenspeicherring KARA werden neue Strahlquellen- und Beschleunigertechnologien sowie neue Detektoren entwickelt und erprobt.
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Zebrafische sind ideale Modellorganismen für die Untersuchung verschiedener Krankheiten. Das KIT stellt ein zentrales Archiv von Zebrafischstämmen für die Forschung in Europa zur Verfügung.
MehrGroße Experimente – Kleine Teilchen
Sie sind von sehr unterschiedlicher Natur und doch haben sie etwas gemeinsam: Die Wolkenkammer AIDA und das Neutrino-Experiment KATRIN nehmen kleine Teilchen unter die Lupe. In AIDA (Aerosol Interaction and Dynamics in the Atmosphere) werden die Auswirkungen von Aerosolen, kleinsten Partikeln von teilweise nur wenigen Nanometern Größe, auf die Wolkenbildung und letztlich auf Klima, Wetter und Umwelt untersucht. So leistet das Großgerät unter anderem einen wichtigen Beitrag zur führenden Rolle des KIT in der Wolkenbeobachtung.
Die Teilchen die KATRIN, das Karlsruhe Tritium Neutrino Experiment, untersucht, sind noch einmal deutlich kleiner. Genauer gesagt sind Neutrinos die leichtesten, häufigsten, aber auch rätselhaftesten Masse tragenden Teilchen in unserem Universum. Ihre genaue Masse ist indes nicht bekannt, Forschende wollen diese aber mithilfe von KATRIN erstmals genau bestimmen. Derartige Großexperimente sind in der Regel nicht der Öffentlichkeit zugänglich. Seit Mitte 2021 ist es dank Virtual Reality möglich, einen direkten Einblick in das Innere der Forschungsanlage zu bekommen. Dabei können Nutzerinnen und Nutzer sogar selbst in die Rolle von Forschenden schlüpfen und mit dem Experiment interagieren.
Im Rahmen von ACTRIS-D baut das KIT neue Messeinrichtungen für die Wolkenforschung auf und vorhandene Infrastrukturen wie die Wolkenkammer AIDA aus.
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Eine Virtual-Reality-Umgebung macht das Neutrino-Experiment KATRIN für alle erlebbar.
MehrGlobale Großforschung
Ressourcen und Kompetenzen zusammenzuführen, internationale Kooperationen aufzubauen und damit große Anlagen betreiben zu können, sind wichtige Bestandteile für eine erfolgreiche Großforschung. So arbeiten am CERN in Genf im Rahmen des Compact Muon Solenoid (CMS) Experiments, einem der größten internationalen Forschungsprojekte überhaupt, mehr als 5 000 Beteiligte aus über 50 Ländern. Das Institut für Experimentelle Teilchenphysik des KIT ist hier bereits seit 26 Jahren eines der größten beteiligten Universitätsinstitute.
Auch am IceCube-Neutrino-Experiment, das sich am Südpol befindet, ist das KIT als eines von 52 Instituten aus zwölf Ländern beteiligt. Mittels tief ins Eis eingelassener Detektoren wollen die Forschenden Signale aus den Tiefen des Universums erfassen, um so die Physik der höchstenergetischen Prozesse im Universum besser zu verstehen.
In einer gänzlich anderen Umgebung, der argentinischen Pampa, wird am Pierre-Auger-Observatorium auf einer Fläche von rund 3 000 Quadratkilometern hochenergetische kosmische Strahlung untersucht. In dieser gibt es Teilchen mit extrem hohen Energien, deren Herkunft und Ausbreitung bis zur Erde nach wie vor ein Rätsel der modernen Wissenschaft ist. Gemeinsam mit Partnereinrichtungen aus 17 Ländern beteiligt sich das KIT an der Lösung dieses Rätsels.