Panorama

John Dawson Award für Kieler Plasmaphysiker

16.08.2021 - Renommierte Auszeichnung der APS geht an Michael Bonitz und drei seiner ehemaligen Doktoranden.

Für seine bahnbrechende Forschung auf dem Gebiet der Warmen Dichten Materie wurde Professor Michael Bonitz vom Institut für Theoretische Physik und Astro­physik der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) mit dem John Dawson Award for Excellence in Plasma Physics Research 2021 ausgezeichnet. Mit dem Preis würdigt die American Physical Society (APS) jedes Jahr heraus­ragende Errungen­schaften in der Plasma­physik. Prämiert wurde die Entwicklung neuer Simulations­verfahren, mit denen das Verhalten von Elektronen in Warmer Dichter Materie für alle relevanten Bedingungen erstmals exakt vorher­gesagt werden kann. Warme Dichte Materie bezeichnet einen exotischen Materiezustand bei extremem Druck und niedrigen bis moderaten Temperaturen, wie er etwa im Inneren von Sternen und Planeten oder auch im Erdkern vorkommt.

Die mit 5.000 US-Dollar dotierte Aus­zeichnung teilt sich Bonitz mit seinen ebenfalls beteiligten ehemaligen Doktoranden Dr. Tim Schoof (Deutsches Elektronen Synchrotron, DESY), Dr. Tobias Dornheim (Center for Advanced Systems Understanding CASUS, Görlitz) und Dr. Simon Groth (McKinsey & Company). Ihre Ergebnisse entstanden in Kooperation mit Professor Dr. William Matthew Colwyn Foulkes (Imperial College London), Dr. Fionn D. Malone (QC Ware Corp) und Dr. Travis Sjostrom (Los Alamos National Laboratory), die ebenfalls ausgezeichnet werden. Die von ihnen entwickelten Monte-Carlo-Methoden konnten das sogenannte Fermionische Vorzeichen­problem überwinden und führten zu den ersten ab initio-Daten für das Elektronen­gas unter den Bedingungen Warmer Dichter Materie, heißt es in der Begründung der APS.

Ähnlich extreme Bedingungen wie im Inneren von Sternen und Planeten im Grenz­bereich zwischen Fest­körper und Plasma werden inzwischen auch im Labor erzeugt, etwa mit Hilfe von Hoch­intensitäts­lasern oder Freien Elektronen­lasern, wie etwa am European XFEL zwischen Hamburg und Schenefeld in Schleswig-Holstein. Dabei werden unter­schied­liche Materialien erhitzt, komprimiert oder stark angeregt. Bei der theoretischen Beschreibung dieser Materie­zustände versagen etablierte Theorien und Computer­modelle jedoch, da viele Effekte wie die Coulomb-Wechsel­wirkung der geladenen Teilchen, Quanten- und Spin­effekte der Elektronen, sowie die starke Anregung aus dem Grund­zustand simultan berück­sichtigt werden müssen.

Dr. Tim Schoof, mittler­weile wissen­schaftlicher Mitarbeiter am DESY, Hamburg, im Bereich Forschung mit Photonen/Scientific Computing) legte mit seiner ersten Implemen­tierung des neuen Configuration Path Integral Monte Carlo-Verfahrens und seiner Anwendung auf das homogene Elektronen­gas in seiner Promotion in der Arbeits­gruppe von Professor Michael Bonitz den Grundstein für den Erfolg des Forschungs­teams. Dr. Simon Groth (inzwischen consultant bei McKinsey & Co.) setzte diese Unter­suchungen im Rahmen seiner Master­arbeit und seiner Promotion in der Arbeits­gruppe von Professor Michael Bonitz fort. Dr. Tobias Dornheim, jetzt wissen­schaftlicher Mitarbeiter im Bereich Warme Dichte Materie am Center for Advanced Systems Understanding, Görlitz, entwickelte in seiner Promotion bei Bonitz zunächst Permutation Blocking Path Integral Monte Carlo und originelle Lösungen für die Ab initio-Berechnung thermo­dynamischer Eigen­schaften warmer dichter Materie. Seitdem hat er viele weitere inno­vative Zugänge entwickelt – etwa zum dynamischen Strukturfaktor, der Lokal­feld­korrektur und der linearen und nicht­linearen Dichte­response des Elektronen­gases – und das Forschungs­gebiet der Warmen Dichten Materie damit erheblich voran­getrieben.

Der Preis wurde als Award for Excellence in Plasma Physics im Jahr 1981 von der American Physical Society (APS), der größten physika­lischen Fachgesellschaft zur Anerkennung einer besonderen, kürzlich erbrachten heraus­ragenden Leistung in der Plasma­physik­forschung eingerichtet. Seit 2007 stellt die University of California, Los Angeles (UCLA) – and der der renommierte Plasma­physiker John Dawson fast 30 Jahre bis 2001 tätig war – groß­zügige Mittel zur Verfügung, die durch Spenden von Familie, Freunden und Kollegen von John Dawson ermöglicht werden. Die APS-Abteilung für Plasma­physik (DPP) wird die Aus­zeichnung auf ihrer Jahrestagung im November in Pittsburgh, Pennsylvania USA, über­reichen.

CAU / LK

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