Renommierter ERC Synergy Grant für Quantum Universe-Forschende

6. November 2025

Foto: Andreas Maier

Das NP-QED-Team: (v.l.) Andreas Maier und Jenny List von DESY, Henri Vincenti vom CEA und Antonino Di Piazza von der University of Rochester

Jenny List und Andreas Maier – beide Forschende bei DESY und Quantum Universe – haben zusammen mit Henri Vincenti vom französischen Forschungsinstitut CEA und Antonio di Piazza von der University of Rochester in den USA einen der hochkompetitiven ERC Synergy Grants erhalten. Diese Förderung zählt zu den renommiertesten der Europäischen Union und würdigt herausragende wissenschaftliche Leistungen und einzigartige Kooperationen. Das Projekt NP-QED wird über sechs Jahre mit fast 14 Millionen Euro gefördert, wovon 5,3 Millionen Euro an die DESY-Forschenden gehen.

Das Projektteam von NP-QED („Probing the Non-Perturbative regime of Quantum Electrodynamics with extreme light“ / Untersuchung des nicht-perturbativen Bereichs der Quantenelektrodynamik mit extremem Licht) wird die Quantengrundlagen der elektromagnetischen Kraft, einer der vier Grundkräfte des Universums, untersuchen, indem es mit Hilfe von Plasmabeschleunigern und Hochleistungslasern extrem hohe elektrische Felder erzeugt.

Die Idee des NP-QED-Projekts besteht darin, mit einem auf Plasmatechnologie basierendem Teilchenbeschleuniger und einem Hochleistungslaser Bedingungen zu erzeugen, die nahe an der sogenannten Schwinger-Grenze liegen, einer physikalischen Grenze, jenseits der bisher nie beobachtete Phänomene vorhergesagt werden. Nach der Theorie der Quantenelektrodynamik (QED) entstehen im Vakuum ständig Teilchen und Antiteilchen, die einander spontan und nahezu augenblicklich vernichten – so schnell, dass dies nicht beobachtet werden kann.

„Wir nennen es ‚das Vakuum zum Kochen bringen‘ – wobei wir die Quantenfluktuationen des Vakuums aufspalten und aus dem Vakuum echte Materie- und Antimaterieteilchen erzeugen“, erklärt Quantum Universe-Wissenschaftlerin Jenny List, Expertin für Teilchendetektoren für zukünftige Collider-Experimente und QED-Experimente. „In einem so starken Feld kann man Teilchen-Antiteilchen-Paare erzeugen, ohne dass sie sich gegenseitig vernichten und verschwinden.“

Dies ist nur bei extrem hohen elektrischen Feldstärken möglich, wie sie bei großen kosmischen Ereignissen auftreten können – aber auch durch beschleunigte Teilchen, die mit intensivem Licht in Kontakt kommen. Andreas Maier, Leitender Wissenschaftler bei DESY und Wissenschaftler im Cluster, entwickelt kompakte, auf Plasmatechnologie basierende Beschleuniger als Ergänzung zu den klassischen, größeren Hochfrequenzbeschleunigern.

„Eine der Ideen dabei ist auch zu demonstrieren, wie diese Technologie immer ausgereifter wird“, sagt Maier. „Mit dieser Anlage könnten solche Experimente nicht nur an einem Institut wie DESY als großem nationalen Labor durchgeführt werden, sondern auch an Universitäten und mittelgroßen Forschungseinrichtungen.“ Das Projekt wird auch Rückschlüsse darauf zulassen, inwieweit Plasmabeschleuniger für Experimente in der Teilchenphysik eingesetzt werden können. „Dadurch können wir die Teilchen-Collider der Zukunft mitgestalten“, sagt List.

Die Forschungsteams werden die Gelder über die nächsten 72 Monate nutzen, um neue Stellen für Promovierende und Postdoktorand:innen zu schaffen sowie neue Instrumente zu entwickeln. List und Maier werden eine Forschungsanlage mit einem Plasmabeschleuniger und einem Hochleistungslaser und komplexer Diagnostik zum Nachweis der produzierten Teilchen aufbauen. Henri Vincenti vom CEA wird neuartige, aus Plasma bestehende Spiegel beisteuern, die den Hochleistungslaser noch deutlich weiter verstärken.  Di Piazza wird neue Modelle entwickeln, um die Ergebnisse der Experimente zu erklären und sie mit den Erwartungen der QED, wie sie bisher verstanden wird, zu vergleichen. Darüber hinaus wird das Team mit Forschenden der Hochleistungslaseranlage ELI-NP in Bukarest, Rumänien, und des Weizmann-Instituts in Israel zusammenarbeiten.

„Die Idee, relativistische Plasmaspiegel mit den fortschrittlichen Plasmabeschleunigern zu kombinieren, die wir bei DESY entwickelt haben, entstand aus einer spannenden Diskussion, die ich mit Henri nach einer Präsentation seiner bahnbrechenden Arbeit über relativistische Plasmaspiegel geführt habe“, sagt DESY-Beschleunigerdirektor Wim Leemans. „Dank eines hervorragenden Teams ist ein wirklich spannender Projektvorschlag entstanden, der uns in die ‚terra incognita‘ der nichtlinearen QED führen wird.“

„Die Teilchenphysik bei DESY ist an der Spitze der Forschung – das ist die Botschaft dieser prestigeträchtigen Förderung für NP-QED“, sagt DESY-Direktor für Teilchenphysik Ulrich Husemann. „Dieses Institut unterstützt Weltklasse-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler, die dazu beitragen können, weitreichende Ideen für die Teilchenphysik-Anlagen der Zukunft zu verwirklichen und gleichzeitig grundlegende Fragen der Physik zu beantworten.“