ErUM-Lexikon

Übersicht der verschiedenen ErUM-Begriffe

Auf dieser Seite möchten wir euch eine Übersicht über die Begriffe geben, die aus ErUM nicht wegzudenken sind.

Aktionsplan

Mit dem „Aktionsplan ErUM-Data – Von Big Data zu Smart Data: Digitalisierung in der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung“ schafft das BMBF den Rahmen, um das Potenzial von Daten und Digitalisierung bei der Erforschung von Universum und Materie an Forschungsinfrastrukturen voll auszuschöpfen. Der Fokus liegt auf der interdisziplinären Entwicklung und dem Transfer von digitalen Werkzeugen und Kompetenzen.

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Astrophysik

Die Astrophysik ist ein Teilgebiet der Astronomie und verfolgt das Ziel, das Universum seine Entstehung und Entwicklung sowie dessen physikalische Gesetzmäßigkeiten zu untersuchen. Die Forschungsfelder der Astrophysik sind sehr vielseitig und umfassen u.a.: Sonnenwinde, das Verhalten von Gasen, Magnetfelder, Gravitationswellen, Schwarze Löcher und die Astroteilchenphysik. Die Daten für die Untersuchungen werden an Großgeräten wie Observatorien oder Teleskopen gewonnen.

Astroparticle Physics

Astroteilchenphysik ist ein interdisziplinäres Forschungsgebiet, das sich an der Schnittstelle von Astrophysik, Teilchenphysik und Kosmologie befindet. Es untersucht die fundamentalen Teilchen und Kräfte, die im Universum existieren, sowie die kosmischen Phänomene, die mit ihnen in Verbindung stehen. Ziel der Astroteilchenphysik ist es, das Zusammenspiel zwischen den kleinsten Bausteinen der Materie (Teilchenphysik) und den größten Strukturen des Universums (Astrophysik und Kosmologie) zu verstehen.

Zu den wichtigsten Forschungsthemen der Astroteilchenphysik gehören: Kosmische Strahlung, Dunkle Materie, Neutrinos, Gravitationswellen, Dunkle Energie und Gammaastronomie.

Mehr zur Forschung beim Komitee für Astroteilchenphysik (KAT).

Accelerator Physics

Beschleunigerphysik befasst sich mit der Entwicklung, dem Bau und dem Einsatz von Teilchenbeschleunigern, die verwendet werden, um subatomare Teilchen (wie Elektronen, Protonen oder Ionen) auf extrem hohe Geschwindigkeiten und Energien zu bringen. Diese Beschleuniger dienen in erster Linie dazu, die Eigenschaften dieser Teilchen sowie die Grundbausteine der Materie zu erforschen.

Wichtige Bereiche in der Beschleunigerphysik sind: Teilchenbeschleunigung, Kollisionsphysik sowie Medizin und Industrie.

Mehr zum Thema beim Komitee für Beschleunigerphysik (KfB).

Big Data

Der Begriff Big Data bezeichnet Datenmengen, die so groß und auch komplex sind, dass herkömmliche Methoden zur Datenauswertung nicht ausreichend sind, um sie zu verarbeiten.

An den Großgeräten, die für die Erforschung von Universum und Materie eingesetzt werden, gewinnen Wissenschaftler:innen wertvolle Datensätze. Besonders herausfordernd ist dabei die Übertragung der hierbei gewonnenen riesigen Datenmengen in kürzester Zeit, der Umgang mit sehr heretogenen und hochkomplexen Datenstrukturen sowie die schnelle und direkte Bereitstellung der der Daten.

BMBF

BMBF steht für Federal Ministry of Education and Research (BMBF),.

Das BMBF (gegründet 1955) ist eine oberste Bundesbehörde der Bundesrepublik Deutschland. Der Hauptsitz bzw. erste Dienstsitz des Bundesministeriums befindet sich in Bonn, der zweite Dienstsitz in Berlin. Zuständige BUndesministerin ist aktuell Bettina Stark-Watzinger.

Zu den wichtigsten Aufgaben des BMBF gehören:

Bildungspolitik: Das BMBF entwickelt bildungspolitische Strategien für alle Bildungsbereiche, von der frühkindlichen Bildung über die schulische und berufliche Ausbildung bis hin zur Hochschulbildung und Weiterbildung.
Forschung und Innovation: Es fördert wissenschaftliche Forschung und Innovation in verschiedenen Disziplinen und unterstützt dabei Universitäten, Forschungseinrichtungen sowie Unternehmen. Dabei geht es um die Grundlagenforschung ebenso wie um die anwendungsorientierte Forschung.
Digitalisierung und Bildung: Die Förderung von digitalen Technologien und die Integration digitaler Bildung in Schulen und Hochschulen ist ein wichtiges Thema. Das Ministerium unterstützt Programme, um die Digitalisierung in Bildungseinrichtungen voranzutreiben.
Berufliche Bildung: Es fördert die berufliche Aus- und Weiterbildung und setzt sich für eine enge Verknüpfung von Theorie und Praxis ein. Dazu gehört auch die Unterstützung von Programmen zur Verbesserung der dualen Ausbildung.
Internationale Zusammenarbeit: Das BMBF arbeitet mit anderen Ländern und internationalen Organisationen zusammen, um den Austausch von Wissen und Forschung zu fördern. Dazu gehören auch bilaterale Forschungsabkommen und die Beteiligung an EU-Forschungsprogrammen.
Chancengleichheit und soziale Integration: Es setzt sich für Chancengleichheit im Bildungssystem ein, insbesondere für benachteiligte Gruppen. Hierzu gehören Programme zur Förderung von Frauen in Wissenschaft und Forschung, Menschen mit Migrationshintergrund oder Menschen aus einkommensschwachen Familien.
Finanzielle Förderung: Das BMBF stellt Mittel zur Verfügung, um Bildung und Forschung zu unterstützen, etwa durch die Bereitstellung von Stipendien, die Förderung von Projekten oder die Finanzierung von Forschungseinrichtungen.

Das BMBF spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung der deutschen Bildungs- und Forschungslandschaft und ist maßgeblich daran beteiligt, den Innovationsstandort Deutschland zu stärken.

CERN

Das CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaireist) eines der größten und renommiertesten Zentren für physikalische Grundlagenforschung der Welt.
Am CERN suchen Wissenschaftler*innen nach den fundamentalen Gesetzten des Universums. Um die kleinsten Bestandteile der Materie, die Elementarteilchen, zu erforschen werden hier die weltweit größten und auch komplexesten Geräte genutzt: Teilchenbeschleuniger und Detektoren. Während Teilchenbeschleuniger die Teilchen auf hohe Energien bringen, bevor sie aufeinandertreffen, beobachten und erfassen Detektoren die Ergebnisse dieser Kollisionen.

Fakten:

Gegründet: 1954 (Deutschland ist Gründungsmitglied)

Sitz: Frankreich und Schweiz (nähe Genf)

23 Mitggliedsstaaten

> 12.000 Wissenschaftler:innen aus 85 Nationen

Geburtsort des World Wide Web

leistungsstärkster Teilchenbeschleuniger der Welt: LHC am CERN

Detektoren: u.a. CMS , ATLAS, LHCb , ALICE
hier wurde das Higgs-Boson (praktisch) nachgewiesen

CMS Detektor

The CMS-Detektor (Compact Muon Solenoid) ist einer der großen Teilchendetektoren am Large Hadron Collider (LHC), dem weltgrößten Teilchenbeschleuniger am CERN. CMS ist ein experimentelles Instrument, das entwickelt wurde, um die Teilchenkollisionen im LHC zu analysieren und die bei diesen Kollisionen entstehenden Teilchen zu detektieren und zu messen.

Aufgaben des CMS Detektors sind u.a.: Teilchendetektion, Untersuchung der vier fundamentalen Kräften (Gravitation, elektromagnetische Wechselwirkung, starke und schwache Kernkraft), Forschung zum Higgs-Boson und die Suche nach neuen, bisher unbekannten Teilchen und Phänomenen (wie beispielsweise Dunkler Materie oder Supersymmetrie.

Communities

Research into the universe and matter brings together around 20,000 scientists from various fields in Germany: Astroparticle physics, elementary particle physics, accelerator physics, research with neutrons, research with synchrotron radiation, research with nuclear probes and ion beams, hadron and nuclear physics as well as the Council of German Observatories.

Die deutsche ErUM-Forschung ist damit in 8 ErUM-Communities organisiert. Diese koordinieren und vertreten die Interessen der jeweiligen Forschungsbereiche. Obwohl ErUM-Wissenschaftler:innen unterschiedliche wissenschaftliche Fragestellungen bearbeiten, stehen sie vor ähnlichen Herausforderungen.

Data

Daten (oder Data im Englischen) sind Informationen, die in einer strukturierten oder unstrukturierten Form vorliegen und zur Analyse, Interpretation oder Speicherung verwendet werden können. Sie können alles Mögliche repräsentieren, wie z. B. Zahlen, Texte, Bilder, Töne oder sogar Messungen.

Daten sind die Grundlage für viele moderne Technologien, von der einfachen Berechnung einer Tabelle bis hin zu komplexen Anwendungen wie maschinellem Lernen oder künstlicher Intelligenz.

Deep Learning

Deep Learning ist eine Methode des maschinellen Lernens, bei der Computer lernen, komplexe Muster und Zusammenhänge in Daten zu erkennen. Es basiert auf künstlichen neuronalen Netzwerken, die vom menschlichen Gehirn inspiriert sind. Der Begriff „Deep“ (tief) bezieht sich darauf, dass diese Netzwerke aus vielen Schichten (sogenannten „Layern“) bestehen, die Daten in mehreren Stufen verarbeiten.

Vorteile von Deep Learningsind : Deep Learning-Modelle können selbstständig lernen, was wichtig ist, ohne dass man ihnen vorher explizit sagt, welche Merkmale sie beachten sollen, es wird in vielen Bereichen eingesetzt, wie z. B. Bild- und Spracherkennung, selbstfahrende Autos oder sogar medizinische Diagnosen, Deep Learning funktioniert besonders gut, wenn es große Datenmengen gibt, da es so komplexe Muster besser erkennen kann

Detektoren

Detektoren sind Geräte oder Instrumente, die darauf ausgelegt sind, bestimmte Arten von Signalen, Teilchen oder physikalischen Phänomenen zu erkennen und zu messen. Sie spielen eine zentrale Rolle in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technologie, da sie es ermöglichen, unsichtbare oder schwer fassbare Prozesse wahrzunehmen und zu analysieren.

Die bekannteste Art von Detektoren sind Teilchendetektoren, die verwendet, um subatomare Teilchen (wie Elektronen, Protonen oder Neutrinos) zu erfassen. Beispiele sind Detektoren in großen Teilchenbeschleunigern, wie der CMS-Detektor am LHC.

Digitalisierung

Digitalisierung ist der Prozess, bei dem analoge Informationen, Prozesse und Technologien in digitale Form umgewandelt werden. Dies bedeutet, dass Daten, die früher auf Papier oder durch manuelle Methoden erfasst oder verarbeitet wurden, nun durch Computer und digitale Systeme verarbeitet, gespeichert und übertragen werden. Ziel der Digitalisierung ist es, Effizienz zu steigern, Kosten zu senken und neue Möglichkeiten in verschiedenen Bereichen zu schaffen.

Die Digitalisierung in der Erforschung von Universum und Materie bietet enorme Chancen zur Verbesserung der Forschungseffizienz und zur Gewinnung neuer Erkenntnisse. Gleichzeitig müssen einige Herausforderungen (wie der Umgang mit großen und komplexen Datenmengen) bewältigt werden, um die Potenziale der Digitalisierung voll auszuschöpfen. Eine strategische Herangehensweise, die technologische Innovation, interdisziplinäre Zusammenarbeit und Schulungsmaßnahmen umfasst, ist entscheidend, um diese Herausforderungen zu meistern. Mit dem Ziel, den Herausforderungen der Digitalisierung in der naturwissenschaftlichen Grundlagenforschung schnell und zukunftsorientiert zu begegnen und exzellente Forschung in und aus Deutschland zu fördern, legt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF, siehe oben) als Teil des 2017 veröffentlichten Rahmenprogramms „Erforschung von Universum und Materie – ErUM“ den ErUM-Data Plan of Action, fest.

DIG-UM

Zeitgleich mit dem ErUM-Data-Hub haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine Selbstorganisation für die digitale Transformation mit der Bezeichnung DIG-UM (Digital Transformation on Research of Universe and Matter) ins Leben gerufen. Mit der Gründung von DIG-UM bilden die ErUM-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler eine Bottom-up-Organisation für eine gemeinsame Forschungsplanung zur digitalen Transformation. Ziel der gemeinsamen Arbeit ist die Umsetzung der im Community White Paper Challenges and Opportunities of Digital Transformation in Fundamental Research on Universe and Matter genannten Ziele, die sich in den Topic Boards der DIG-UM Organisation wiederfinden: Föderierte Digitalinfrastrukturen, umfassendes Management von Forschungsdaten, moderne Big-Data-Analytik in der Grundlagenforschung, integrierte Web-Arbeitsumgebung für Wissenschaftler:innen und die Verbreitung von Know-how.

Elementary Particles Physics

Die Elementarteilchenphysik ist ein Teilgebiet der Physik, das sich mit den kleinsten Bausteinen der Materie und den fundamentalen Wechselwirkungen, die zwischen ihnen wirken, beschäftigt. Diese Disziplin untersucht die grundlegenden Teilchen, aus denen alle Materie besteht, sowie die Kräfte, die diese Teilchen beeinflussen. Die Forschung in der Elementarteilchenphysik erfolgt häufig in großen Teilchenbeschleunigern, wie dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN. Hier werden Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und in Kollision gebracht, um neue Teilchen zu erzeugen und die Eigenschaften bekannter Teilchen zu untersuchen. Ein bedeutender Erfolg der Elementarteilchenphysik war die Entdeckung des Higgs-Bosons im Jahr 2012, das eine Schlüsselrolle im Mechanismus zur Erklärung der Massen von Teilchen spielt.

Mehr zur Forschung mit Elementarteoilchen beim Komitee für Elementarteilchenphysik (KET).

ErUM

ErUM steht für Erforschung von Universum und Materie.

Die Grundlagenforschung, auf die ErUM sich konzentriert zielt darauf ab, grundlegende Fragen zu den Bausteinen der Materie, den Kräften, die sie beeinflussen, und den Ursprüngen des Universums zu beantworten. ErUM umfasst mehrere Disziplinen. Sie spielt eine zentrale Rolle in der modernen Physik und treibt Fortschritte in der Forschung, Technologie und interdisziplinären Zusammenarbeit voran.

ErUM-Data

Mit ErUM-Data schafft das Federal Ministry of Education and Research (BMBF),
( BMBF) den Rahmen, um das Potenzial von Daten und Digitalisierung bei der Erforschung von Universum und Materie an Forschungsinfrastrukturen voll auszuschöpfen. Der Fokus liegt auf der interdisziplinären Entwicklung und dem Transfer von digitalen Werkzeugen und Kompetenzen (siehe ErUM-Data Plan of Action, ).

ErUM-Data-Hub

The ErUM-Data-Hub , funded by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF), is a central networking and transfer office for the digital transformation in the exploration of universe and matter (German abbreviation: ErUM). The main aims of the ErUM-Data-Hub are: The networking of ErUM-communities, identification and exploitation of synergies in ErUM-Data-projects in the field of digitalization, the communication of research results geared to the target groups as well as knowledge and innovation transfer. Furthermore, the ErUM-Data-Hub provides a diversified further education offer in the field of digital competence.

Grundlagenforschung

Physikalische Grundlagenforschung ist ein zentraler Bereich der Wissenschaft, der sich mit den fundamentalen Prinzipien und Gesetzen der Physik beschäftigt. Sie zielt darauf ab, ein tiefes Verständnis der grundlegenden Phänomene der Natur zu entwickeln und die grundlegenden Fragen über Materie, Energie, Raum und Zeit zu beantworten.

Hadron and nuclear physics

Hadronenphysik und Kernphysik sind zwei eng verwandte Teilbereiche der Physik, die sich mit den grundlegenden Bausteinen der Materie und den Kräften, die zwischen ihnen wirken, beschäftigen.

Hadronen sind Teilchen, die aus Quarks bestehen und durch die starke Wechselwirkung zusammengehalten werden. Sie sind eine der Hauptkategorien von subatomaren Teilchen und werden in zwei Hauptgruppen unterteilt: Baryonen und Mesonen. Die Hadronenphysik untersucht die Eigenschaften dieser Teilchen, ihre Wechselwirkungen und die zugrunde liegenden physikalischen Theorien, wie die Quantenchromodynamik (QCD), die die starke Wechselwirkung beschreibt.

Die Kernphysik beschäftigt sich mit dem Atomkern, der aus Protonen und Neutronen (den Nukleonen) besteht. Diese Disziplin untersucht die Struktur, Stabilität und die Wechselwirkungen von Kernen sowie die Prozesse, die in Kernen ablaufen, wie Kernfusion und Kernspaltung.

Large Hadron Collider

The Large Hadron Collider (LHC) ist der weltweit größte und leistungsstärkste Teilchenbeschleuniger, der sich am CERN (Europäische Organisation für Kernforschung) in Genf, Schweiz, befindet. Der LHC wurde entwickelt, um subatomare Teilchen wie Hadronen zu beschleunigen und sie bei sehr hohen Energien miteinander kollidieren zu lassen. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern, die fundamentalen Fragen der Physik zu erforschen und neue Erkenntnisse über die Struktur des Universums zu gewinnen.

Materie

Materie ist alles, was Raum einnimmt und eine Masse hat. Sie besteht aus Atomen und Molekülen und bildet die Grundlage für alle physikalischen Objekte im Universum. Materie kann in verschiedenen Aggregatzuständen vorkommen, darunter fest, flüssig und gasförmig.

Materie ist ein zentrales Konzept in der Wissenschaft, das eng mit der Erforschung des Universums verbunden ist. Das Verständnis von Materie und ihrer Wechselwirkungen ist entscheidend, um die grundlegenden Fragen über die Natur der Realität zu beantworten und die Struktur des Universums zu erkunden.

Machine Learning

Machine Learning (ML) oder maschinelles Lernen, ist ein Teilbereich der Künstlichen Intelligenz (KI), der es Computersystemen ermöglicht, aus Daten zu lernen und Vorhersagen oder Entscheidungen zu treffen, ohne explizit dafür programmiert zu sein. Anstatt mit festen Regeln zu arbeiten, nutzen ML-Algorithmen Muster und Strukturen in Daten, um ihre Leistung im Laufe der Zeit zu verbessern.

Neural Networks

Neural Networks (neuronale Netze) sind eine spezielle Klasse von Algorithmen im Bereich des maschinellen Lernens, die von der Funktionsweise des menschlichen Gehirns inspiriert sind. Sie bestehen aus miteinander verbundenen „Neuronen“, die in Schichten organisiert sind und dazu verwendet werden, Muster in Daten zu erkennen und komplexe Probleme zu lösen, wie z. B. Klassifikation, Regression und viele andere Aufgaben.

Neutronen

Neutronen sind subatomare Teilchen, die zusammen mit Protonen die Kerne der Atome bilden. Sie spielen eine zentrale Rolle in der Struktur der Materie und sind ein wesentlicher Bestandteil der meisten Atomkerne.

Research with neutrons

Mehr zur Forschung mit Neutronen beim Komitee für Forschung mit Neutronen (KFN).

Nukleare Sonden und Ionenstrahlung

Nukleare Sonden sind Teilchen oder Strahlung, die verwendet werden, um Informationen über die Struktur und Eigenschaften von Materialien zu gewinnen. Diese Techniken basieren häufig auf der Wechselwirkung von Nukleonen (Protonen und Neutronen) mit Materie und nutzen verschiedene Arten von Strahlung, um spezifische Informationen zu extrahieren.

Ionenstrahlung bezieht sich auf die Strahlung, die aus geladenen Teilchen besteht, die als Ionen bezeichnet werden. Diese Ionen können durch verschiedene Prozesse erzeugt werden, einschließlich Kernreaktionen oder durch die Wechselwirkung von hochenergetischer Strahlung mit Materie.

Mehr zur Forschung mit nuklearen Sonden und Ionenstrahlen beim Komitee für nukleare Sonden und Ionen (KFSI).

Photonen

Photonen sind grundlegende Bestandteile der elektromagnetischen Strahlung und spielen eine zentrale Rolle in vielen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen. Ihr Verhalten und ihre Wechselwirkungen sind entscheidend für das Verständnis von Licht, Energieübertragung und einer Vielzahl von Anwendungen in der modernen Welt.

Rat deutscher Sternwarten

The German Observatory Council vertritt die Interessen der in Deutschland in der astronomischen Forschung tätigen Institute.

Die Arbeit des Dr. Rat Deutscher Sternwarten trägt zur Stärkung der astronomischen Forschung und Bildung in Deutschland bei und fördert die Zusammenarbeit und den Wissensaustausch zwischen verschiedenen Institutionen. Durch ihre Aktivitäten helfen sie, das Bewusstsein für die Astronomie zu erhöhen und das Interesse an wissenschaftlicher Forschung zu fördern.

Smart Data

Smart Data beziehen sich auf eine intelligente und effektive Nutzung von Daten, um wertvolle Einblicke, Erkenntnisse und Entscheidungen zu gewinnen. Im Gegensatz zu „Big Data“, die sich auf große Datenmengen konzentrieren, zielen Smart Data darauf ab, relevante, qualitativ hochwertige Informationen aus diesen Datenmengen zu extrahieren und sie so aufzubereiten, dass sie für Benutzer nützlich sind.

Standardmodell

Das Standardmodell in der Physik ist eine theoretische Rahmenstruktur, die die fundamentalen Teilchen und die Kräfte beschreibt, die die Wechselwirkungen zwischen diesen Teilchen bestimmen. Es ist das vorherrschende Modell in der Teilchenphysik und hat eine zentrale Rolle im Verständnis der grundlegenden Strukturen der Materie und der physikalischen Gesetze, die sie regieren.

Sustainability

Nachhaltige Forschung (Sustainabilty=Nachhaltigkeit) ist ein multidisziplinärer Ansatz, der sich mit der Entwicklung von Wissen, Technologien und Lösungen befasst, die die Prinzipien der Nachhaltigkeit unterstützen. Diese Art der Forschung zielt darauf ab, Probleme zu identifizieren und Lösungen zu entwickeln, die langfristig umweltfreundlich, sozial gerecht und wirtschaftlich tragfähig sind.

Synchrotronytstrahlung

Synchrotronstrahlung ist eine Form von elektromagnetischer Strahlung, die entsteht, wenn relativistische Elektronen (d.h. Elektronen, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen) in starken Magnetfeldern abgelenkt werden. Diese Strahlung ist ein wichtiges Phänomen in der Physik und hat zahlreiche Anwendungen in der Forschung und Industrie.

Mehr zum Thema beim Komitee für Sy nchrotronstrahlung (KfS).

Universum

Das Universum ist der Gesamtraum, der alles umfasst, was existiert – Materie, Energie, Raum und Zeit. Es enthält alle Galaxien, Sterne, Planeten, die interstellare Materie sowie die fundamentalen Gesetze der Physik, die dessen Struktur und Entwicklung bestimmen. Die moderne Wissenschaft beschreibt das Universum als dynamisch und sich ausdehnend, was bedeutet, dass der Raum selbst mit der Zeit größer wird.

Urknall

Der Urknall (englisch: Big Bang) ist die führende wissenschaftliche Theorie über den Ursprung des Universums und ereignete sich vor rund 13,8 Milliarden Jahren. Er beschreibt den Beginn des Universums als einen extrem heißen, dichten Zustand, der sich seitdem ausdehnt und abkühlt. Der Urknall markiert den Anfang von Raum und Zeit sowie der Materie und der Energie. Der Urknall war kein „Knall“ im herkömmlichen Sinne, sondern eher eine plötzliche, extrem schnelle Expansion des Raums. Vor dem Urknall war das gesamte Universum auf einen Punkt unendlicher Dichte und Temperatur konzentriert, oft als Singularität bezeichnet. Aus dieser Singularität heraus begann das Universum sich in alle Richtungen auszudehnen.