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Ausbreitungen von Infektionskrankheiten verstehen

Infolge des weltweiten Ausbruchs der Krankheit COVID-19, verursacht durch das neue Coronavirus SARS-CoV-2, arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit mit Hochdruck an der Erforschung von Infektionskrankheiten. Dies betrifft nicht nur Virologen, sondern auch Physiker, die mathematische Modelle zur Beschreibung der Ausbreitung von Epidemien entwickeln. Solche Modelle sind wichtig, um die Auswirkungen verschiedener Maßnahmen zur Eindämmung der Krankheit zu testen – etwa Gesichtsmasken, Schließungen von öffentlichen Gebäuden und Geschäften, oder das bekannte "Social Distancing", also das Abstand halten zur Vermeidung von Ansteckungen. Oftmals dienen die Modelle als Grundlage für politische Entscheidungen und stärken die Legitimation ergriffener Maßnahmen.

Die Physiker Michael te Vrugt, Jens Bickmann und Prof. Dr. Raphael Wittkowski vom Institut für Theoretische Physik und Center for Soft Nanoscience der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben ein neues Modell zur Ausbreitung von ansteckenden Krankheiten entwickelt. Die Arbeitsgruppe von Raphael Wittkowski beschäftigt sich mit Statistischer Physik, also der Beschreibung von Systemen, die aus sehr vielen Teilchen bestehen. Dabei nutzen die Physiker unter anderem "dynamische Dichtefunktionaltheorie" (DDFT), eine in den 1990er-Jahren entwickelte Methode, welche die Beschreibung von wechselwirkenden Teilchen ermöglicht.

Herausragende Masterarbeit am Fachbereich Physik ausgezeichnet

Für seine herausragende Masterarbeit zur statistischen Physik von Nichtgleichgewichtssystemen erhält Michael te Vrugt den mit 1500 Euro dotierten „Infineon-Master-Award“, den der Fachbereich Physik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) mit der Infineon Technologies AG verleiht. „Die Arbeit ist eine exzellente wissenschaftliche Leistung“, sagt Prof. Dr. Raphael Wittkowski vom Institut für Theoretische Physik, in dessen Arbeitsgruppe die Masterarbeit angefertigt wurde. „In Umfang, Qualität und Erkenntnisgewinn ähnelt sie einer Doktorarbeit.“

„Die statistische Physik untersucht Systeme aus sehr vielen Teilchen, basierend auf deren mikroskopischen Eigenschaften“, erläutert Michael te Vrugt. Das Thema seiner Arbeit ist eine spezielle Methode der statistischen Physik, der so genannte Mori-Zwanzig-Formalismus. Aus der Masterarbeit sind bereits drei Publikationen hervorgegangen, von denen eine schon vor Abgabe der Masterarbeit in der Fachzeitschrift „Physical Review“ erschien. Michael te Vrugt präsentierte seine Ergebnisse auch auf der StatPhys in Buenos Aires (Argentinien), der weltweit wichtigsten Konferenz für statistische Physik. Der Preisträger setzt seine wissenschaftliche Laufbahn zurzeit mit einer Promotion am Institut für Theoretische Physik der WWU in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Raphael Wittkowski fort. Aktuell forscht er dort unter anderem zur Ausbreitung von Infektionskrankheiten.

Dunkle Materie im Universum ist eines der rätselhaftesten Phänomene, dem Forscher weltweit auf die Spur kommen wollen. Als sich vor gut vier Jahren Experimentalphysiker und Theoretiker der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) hierfür im Graduiertenkolleg „Starke und schwache Wechselwirkung – von Hadronen zu Dunkler Materie“ zusammenschlossen, war das eine Premiere für Münster. Die Kooperation ist längst ein Erfolg und geht nun mit Fördergeldern von mehr als vier Millionen Euro in die Verlängerung: Am Montag, 11. November, erhielten die Wissenschaftler des Forschungsschwerpunkts Teilchenphysik offiziell grünes Licht von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), das Programm weitere viereinhalb Jahre fortsetzen zu können.

„Das ist eine besondere Auszeichnung für unser ganzes Team“, betont der zukünftige Sprecher des Graduiertenkollegs, Prof. Dr. Michael Klasen vom Institut für Theoretische Physik. Besonders freut er sich, dass die DFG bei den begehrten Forschungsgeldern für die WWU-Wissenschaftler noch etwas drauflegt. „Dass wir in Zukunft sogar noch mehr Doktorandinnen und Doktoranden fördern können, ist eine sichtbare Anerkennung unserer bisherigen Arbeit.“ Die wurde in der ersten Phase von seinem Kollegen Prof. Dr. Christian Weinheimer vom Institut für Kernphysik geleitet. Auch bei ihm ist die Freude groß: „Unsere sehr gute Forschungsarbeit und die anspruchsvolle Doktorandenausbildung haben überzeugt“, erklärt er. „Eine inhaltliche Klammer des Graduiertenkollegs ist die Frage, wie unser Universum entstanden ist.“

Die WWU-Forscher haben hier vor allem jene Kräfte im Blick, die zwischen den kleinsten Bausteinen der Materie wirken. Dabei geht es auch um Hadronen, die auf subatomarer Ebene von der sogenannten starken Wechselwirkung zusammengehalten werden. In der ersten Förderperiode war auch noch der Rektor der WWU, Prof. Dr. Johannes Wessels, als Experimentalphysiker intensiv beteiligt. „Ich freue mich, dass die zukunftsweisende Kooperation von Theorie und Experiment durch die DFG weiter Zuspruch erfährt“, unterstreicht er. Insgesamt gibt es an der WWU derzeit fünf von der DFG geförderte Graduiertenkollegs.

In der Teilchenphysik sind die Vermittlung von Schlüsselkompetenzen und der mehrwöchige Wechsel zwischen Theorie und Experiment Kernbestandteile des Ausbildungskonzepts. Daran beteiligen sich auch internationale Partnerorganisationen wie das europäische Kernforschungszentrum CERN in Genf, Universitäten in den USA und Frankreich sowie in der IT-Branche erfolgreiche Absolventen. Die internationale Strahlkraft des Graduiertenkollegs zeigt sich unter anderem darin, dass ehemalige Mitglieder inzwischen in Stanford, Peking oder Genua forschen.

Sarah Trinschek erhält für ihre Doktorarbeit an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) den mit 2.500 Euro dotierten Infineon-Promotionspreis 2019. Die Physikerin aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Uwe Thiele, Institut für Theoretische Physik, widmete sich in Zusammenarbeit mit Dr. Karin John von der französischen Université Grenoble-Alpes der Frage, wie physikalische Effekte das Wachstum und die Ausbreitung von Bakterienkolonien beeinflussen. Der Infineon-Promotionspreis wird jährlich vom Fachbereich Physik der WWU und der Infineon AG vergeben.

Die Bildung von Bakterienkolonien an Grenzflächen, also an den Flächen zwischen zwei Phasen, führt bei vielen industriellen und medizintechnischen Anwendungen zu Problemen. In ihrer Doktorarbeit entwickelte und analysierte Sarah Trinschek Modelle, mit denen der Einfluss physikochemischer Kräfte und Prozesse auf die Ausbreitung der Kolonien untersucht werden kann. Solche Kräfte und Prozesse können beispielsweise die Osmose, also der Strom von Molekülen durch eine semipermeable Membran, die Oberflächenspannung oder die Benetzbarkeit der Oberfläche sein.

Die Ergebnisse ihrer Arbeit bestätigen, dass passive physikalische Effekte Bakterien dabei helfen, sich erfolgreich an Grenzflächen auszubreiten: Zum einen bewirken Bakterien durch die Abgabe von bestimmten chemischen Stoffen, den Polymeren, dass nährstoffreiche Flüssigkeit in die Kolonie einströmt. Zum anderen führt die bakterielle Produktion von oberflächenaktiven Molekülen, sogenannten Bio-Tensiden, zu hydrodynamischen Flüssen, die die Ausbreitung der Kolonie begünstigen. Das neu geschaffene Verständnis dieser Mechanismen kann genutzt werden, um bessere Strategien zur Verhinderung des Koloniewachstums zu entwickeln.

Die Preisverleihung findet am Freitag, 12. Juli, während der Promotionsfeier des Fachbereichs Physik statt. Beginn der Feier ist um 15 Uhr im Hörsaal HS2 im Gebäude IG I, Wilhelm-Klemm-Straße 10.

Links zu dieser Meldung: Infineon-Master-Award und Infineon-Promotionpreis für herausragende Forschung in der Physik

Wissenschaftler sind in der Regel Experten auf eng umgrenzten Spezialgebieten. Dennoch spielt die Interdisziplinarität heute eine wesentliche Rolle für den wissenschaftlichen Fortschritt und nicht zuletzt bei der Einwerbung von Forschungsgeldern. Was aber verbindet die Wissenschaften - jenseits der Institution Universität - inhaltlich, sprachlich und methodisch miteinander? Inwieweit lassen sich komplexe Phänomene auf einfache reduzieren, und was zeichnet Wissenschaft überhaupt als solche aus?

Diesen Fragen gehen Michael Klasen vom Institut für Theoretische Physik und Markus Seidel vom Zentrum für Wissenschaftstheorie der Universität Münster in dem von ihnen herausgegebenen Buch "Einheit und Vielfalt in den Wissenschaften" nach. Es umfasst unter anderem Beiträge bekannter Wissenschaftler wie dem Philosophen Paul Hoyningen-Huene, dem Physiker Hermann Haken und dem Psychologen Wolfgang Tschacher. Biochemie und Soziologie, Mathematik und Germanistik kommen ebenso zu Wort wie die Theologie – letztere mit der sie stets begleitenden Frage, ob sie ihren Platz im Kreis der Wissenschaften überhaupt zu Recht beansprucht.

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Prof. Dr. Jochen Heitger ist für die Amtszeit 2020-2022 in den Wissenschaftlichen Rat des John von Neumann-Institutes für Computing
(NIC) in Jülich gewählt worden. Dieses wichtige, überregional und interdisziplinär zusammengesetzte Gremium ist aus ausgewiesenen Fachleuten auf den Arbeitsgebieten des NIC zusammengesetzt.

Es berät das NIC-Direktorium in Fragen der Leitungsbesetzung sowie der Forschungsfelder der Forschungsgruppen, der Fortentwicklung der Rechnerausstattung und anderer Ressourcen für das NIC und stellt außerdem die Regeln für die Rechenzeitvergabe auf.

Für seine herausragende Masterarbeit zu neuen Theorien dunkler Materie erhält Simon May den mit 1500 Euro dotierten „Infineon-Master-Award“, den der Fachbereich Physik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster gemeinsam mit der Infineon Technologies AG verleiht. "Die Arbeit entspricht von Inhalt und Form, thematischer Breite, fachlicher Tiefe, Präzision und Klarheit der Darstellung eher dem Niveau einer Doktorarbeit", sagt Prof. Dr. Michael Klasen, Direktor des Instituts für Theoretische Physik, in dessen Forschungsgruppe die Arbeit angefertigt wurde.

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Die Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften und der Künste (AWK NRW) hat zwei Nachwuchswissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) ins Junge Kolleg aufgenommen. Der Physiker Dr. Raphael Wittkowski und der Chemiker Dr. Manuel van Gemmeren gehören damit zu landesweit 12 neuen Mitgliedern im NRW-Kolleg.

NRW-Wissenschaftsministerin Isabel Pfeiffer-Poensgen unterstrich während der Feierstunde in Düsseldorf die Bedeutung des Gremiums: "Das Junge Kolleg der Akademie ermöglicht Nachwuchsförderung auf hohem Niveau und bietet die Chance einer engeren Vernetzung der verschiedenen Wissenschaften und Künste über Orte, Fachtraditionen und Themen hinweg." Für die WWU nahm Prof. Dr. Monika Stoll, Prorektorin für Forschung, an der Ehrung teil.

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Zwei international anerkannten Wissenschaftlern ermöglicht die Alexander-von-Humboldt-Stiftung einen je einjährigen Forschungsaufenthalt an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU). Physiker Prof. Dr. Christophe Royon von der University of Kansas in Lawrence, USA, und Pflanzen-Biotechnologe Prof. Dr. Gurvan Michel von der Station Biologique in Roscoff, Frankreich, erhalten jeweils einen Forschungspreis der Stiftung.

Christophe Royon ist ein weltweit führender Experte für die hochenergetische Streuung bestimmter Elementarteilchen – Quarks und Gluonen – und die Dynamik ihrer Wechselwirkungen. Er erhält auf Vorschlag von Prof. Dr. Michael Klasen vom Institut für Theoretische Physik der WWU, mit dem er nun intensiv zusammenarbeiten wird, einen mit 60.000 Euro dotierten Humboldt-Forschungspreis. Der Preis wird an herausragende Wissenschaftler auf dem Höhepunkt ihrer Karriere vergeben. Eine Kooperation mit dem münsterschen Graduiertenkolleg „Starke und schwache Wechselwirkung – von Hadronen zu Dunkler Materie“ ist im Rahmen des Aufenthalts ebenfalls geplant.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat ein neues Schwerpunktprogramm (SPP) bewilligt, das von der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) aus geleitet wird: Der Physiker Prof. Dr. Uwe Thiele vom Institut für Theoretische Physik koordiniert das Projekt „Dynamische Benetzung flexibler, adaptiver und schaltbarer Oberflächen“. Insgesamt richtete die DFG jetzt 14 neue Schwerpunktprogramme ein. Jedes SPP hat eine Laufzeit von zunächst drei Jahren ab 2019 und erhält etwa fünf bis sechs Millionen Euro.

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Dass alle Teilchenphysiker der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster zusammen ein großes Projekt geplant haben, ist eine Premiere. Die aufwendige Vorbereitung ist jetzt von Erfolg gekrönt: Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligte das gemeinsame Graduiertenkolleg „Starke und schwache Wechselwirkung – von Hadronen zu Dunkler Materie“, in dem theoretische und experimentelle Kern-, Teilchen- und Astroteilchenphysiker zusammenarbeiten. Das Projekt wird mit insgesamt 3,4 Millionen Euro für zunächst viereinhalb Jahre gefördert. Insgesamt richtet die DFG 17 neue Graduiertenkollegs ein, wie am 11. Mai 2015 bekannt wurde.

„Wir freuen uns sehr über die Bewilligung. Wir decken mit dem Graduiertenkolleg ein breites inhaltliches Spektrum ab und verzahnen Theorie und Experiment bei dieser Thematik in bislang nicht da gewesener Weise. Dass die DFG nun grünes Licht gegeben hat, bestätigt die Qualität unseres Konzepts“, unterstreicht Experimentalphysiker Prof. Dr. Christian Weinheimer vom Institut für Kernphysik, Sprecher des Graduiertenkollegs. Prof. Dr. Michael Klasen vom Institut für Theoretische Physik, stellvertretender Sprecher, ergänzt: „Auch die Doktorandenausbildung im Graduiertenkolleg wird anspruchsvoller als gewöhnlich. Die Promotionsstudierenden müssen ein breites Interesse für Theorie und Experiment mitbringen und während ihrer Doktorarbeit eine Zeit lang auf dem jeweils anderen Gebiet arbeiten.“ Die insgesamt elf geförderten Promotionsstellen werden international ausgeschrieben.