Unsere Forschungsthemen

Die Forschungsgebiete, die in der Fakultät bearbeitet werden, können in fünf große Themenbereiche gegliedert werden: Teilchen- und Astroteilchenphysik, Quantenmaterialien und -systeme, Optik und Photonik, Geophysik, sowie Meteorologie und Klimaphysik. Der Fakultät gehören eine Vielzahl von Instituten an, in denen die Forschungsarbeiten durchgeführt werden.

Teilchen- und Astroteilchenphysik

CERN
Die Teilchen- und Astroteilchenphysik untersucht die fundamentalen Bausteine der Materie und ihre Wechselwirkungen sowie ihre Bedeutung und Rolle bei der Entstehung und Entwicklung der größten Strukturen im Universum.

Die experimentelle Forschung in der Teilchen- und Astroteilchenphysik am KIT ist geprägt von internationalen Großprojekten. Dazu gehören die Experimente CMS und Belle II an großen Teilchenbeschleunigern, das KATRIN-Experiment am KIT zur Messung der Neutrinomasse, das XENON-Experiment zur Suche nach Dunkler Materie im Gran-Sasso-Untergrundlabor, das Pierre-Auger-Observatorium in Argentinien zur Untersuchung von kosmischer Strahlung und das Neutrinoobservatorium IceCube am Südpol. Weiterhin sind wir an der Planung für neue Großprojekte wie DARWIN, LUXE oder SHADOWS und ebenso für mehrere kleinere Experimente beteiligt.

In der theoretischen Teilchen- und Astroteilchenphysik am KIT werden komplexe pertubative Berechnungen und nicht-pertubative Betrachtungen im Standardmodell der Teilchenphysik durchgeführt und Theorien untersucht, die Naturphänomene erklären können, die nicht im Standardmodell enthalten sind. Daraus leiten wir Vorhersagen für die Experimente ab und helfen bei der Interpretation der Daten.

Die Forschung zur Teilchen- und Astroteilchenphysik am KIT findet im KIT-Zentrum Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik (KCETA) und an den folgenden Instituten statt:

Promovierende, die an Themen Teilchen- und Astroteilchenphysik sowie an dazu notwendigen Technologien forschen, profitieren vom strukturierten Promotionsprogramm der Graduiertenschule Karlsruher Schule für Elementarteilchen- und Astroteilchenphysik: Wissenschaft und Technologie (KSETA).

 

 

Quantenmaterialien und -systeme

Forschung auf dem Gebiet von Quantenmaterialien und Quantensystemen hat das Ziel neue physikalische Konzepte und Funktionalitäten, die erst durch die Quantenmechanik ermöglicht werden, zu untersuchen. Beispiele sind supraleitende oder magnetische Quantenbits (qubits), nanoskalige Systeme, neuartiger Phänomene, die sich aus der Topologie der Elektronenwellenfunktion in Festkörpern ergeben, exotische Magneten oder unkonventionelle Supraleiter.

Im Bereich der Experimentalphysik werden ein breites Spektrum von modernen Methoden zur Herstellung und detaillierten Untersuchung benutzt. Messungen finden unter extremen Bedingungen, wie tiefen Temperaturen, hohen Drücken oder in Magnetfeldern statt. Diese werden in den Labors der Arbeitsgruppen oder an Großforschungsanlagen am KIT und weltweit durchgeführt.

In der Theoretischen Physik werden mit Hilfe von analytischen und computergestützten Modellen die theoretischen Grundlagen formuliert und Voraussagen für neue Phänomene gemacht. Moderne Quantenfeldtheorien und numerische Methoden bis hin zu Simulationen auf Quantencomputern werden zur Lösung dieser Fragen herangezogen.

Forschung an Quantenmaterialien und -sytemen findet im KIT-Zentrum Materialien und an folgenden Instituten statt:

Promovierende, die auf dem Gebiet von Quantenmaterialien und Quantensystemen forschen, profitieren vom strukturierten Promotionsprogramm der KIT Graduiertenschule Quantum Matter.

 

 

Optik und Photonik

In der Optik und Photonik untersuchen wir klassisches und nichtklassisches Licht und dessen lineare und nichtlineare Wechselwirkung mit Materie aus fundamentalem Interesse und zur Entwicklung neuer Anwendungen. Wir maßschneidern dafür die Eigenschaften von Licht mit unterschiedlichsten Methoden. Beispiel solcher Eigenschaften sind die Frequenz, Amplitude, Phase, Polarisation, die raum- zeitliche Verteilung oder nicht-klassische Korrelationen. Unsere Arbeiten zeichnen sich durch eine hohe Verzahnung zwischen Experiment und Theorie aus. Wir kooperieren intensiv mit Partnern in anderen Wissenschaftsdisziplinen wie der Biologie, der Chemie, der Mechanik, der Mathematik oder den Ingenieurwissenschaften.

Unsere experimentellen Arbeiten liegen in der additiven Fertigung nanostrukturierter Materialien mit Methoden des direkten Laserstrahlschreibens, der Entwicklung mikroskopischer Verfahren die traditionelle Grenzen der Auflösung überwinden oder in der Kopplung von Quantenemittern und optischer Resonatoren für Anwendungen in der Quantenkommunikation und Quantensensorik. Unsere theoretischen und numerischen Arbeiten umfassen viele Themengebiete von der Quantenoptik bis zur Nanophotonik. In konzeptionellen Arbeiten erforschen wir neue Effekte und studieren den Einfluss von Symmetrien und dessen Brechung auf beobachtbare Phänomene. Wir designen aber auch konkrete Strukturen, die Licht auf eine gewünschte Art beeinflussen. 

Forschung zu Optik und Photonik findet im KIT-Zentrum Materialien und an folgenden Instituten statt:

Promovierende, die an Themen der Optik und Photonik forschen, profitieren vom strukturierten Promotionsprogramm der Karlsruhe School of Optics & Photonics.

 

 

Geophysik

Geophysik befasst sich mit den physikalischen Prozessen und Eigenschaften der Erde und ihrer Weltraumumgebung. Schwerpunkte der Forschung am KIT sind Seismologie, die Erforschung geologischer, geophysikalischer Naturgefahren, sowie die Weiterentwicklung von seismischen Abbildungsverfahren und deren Anwendungen auf Fragestellungen der Umweltgeophysik und Reservoirerkundung. Die Seismologie beschäftigt sich mit der Messung, Analyse und Modellierung von seismischen Wellenfeldern. Bei der Erforschung der geologischen Naturgefahren ist die Quantifizierung ihrer Auswirkungen, die Prognose von Naturgefahren und deren Frühwarnung von herausragender Bedeutung.

Forschung zur Geophysik findet im KIT-Zentrum Klima und Umwelt und an folgendem Institut statt:

 

 

Meteorologie und Klimaforschung

Zentrale Themen auf dem Gebiet der Meteorologie und Klimaforschung in der KIT-Fakultät für Physik sind die Untersuchung von atmosphärischen Prozessen in der Troposphäre, von atmosphärischen Spurengasenmittels Fernerkundung sowie die atmosphärische Aerosolforschung.

Im Bereich der Troposphärenforschung (IMK-TRO) werden grundlegende Untersuchungen zu Klima, zur atmosphärischen Dynamik, dem Wasserkreislauf und Spurenstoffhaushalten durchgeführt. Hierbei werden atmosphärische Prozesse wie Turbulenz, Konvektion, Wolkenbildung, Aerosolphysik, Niederschlagsentstehung und Austauschvorgänge an der Erdoberfläche mit einer Kombination von Messungen, numerischen Modellierung und theoretischen Verfahren eingehend untersucht.

Die atmosphärische Aerosolforschung (IMK-AAF) konzentriert sich auf die Rolle von Aerosolen, also von festen oder flüssigen Schwebeteilchen, im Klimasystem, im Wasserkreislauf und in der Umwelt. Dazu wird eine Aerosol- und Wolkensimulationskammern betrieben sowie boden- und flugzeuggestützten Feldkampagnen auf der ganzen Welt durchgeführt.

Im Bereich der Atmosphärischen Spurenstoffe und Fernerkundung (IMK-ASF) liegt ein Schwerpunkt in der Erforschung der komplexen Zusammenhänge zwischen Klimawandel, Dynamik und Transport, und Atmosphärenchemie. Hierzu liefern hochgenaue Messungen durch verschiedene Beobachtungsplattformen (Bodenstationen, Flugzeuge, Satelliten) die für die Modellierung atmosphärischer Prozesse notwendigen Daten.

Forschung zur Meteorologie und Klima findet im KIT-Zentrum Klima und Umwelt und an  folgendem Institut statt: