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Von Seifenblasen und grünen Blättern

Großer Erfolg für die TU Wien - zwei von sieben START-Preisen des FWF gehen heuer an junge Wissenschaftler der TU: Franz Schuster möchte zwei Gebiete der modernen Geometrie verknüpfen, Jürgen Hauer will mit Laserpulsen die Geheimnisse der Photosynthese ergründen.

Zwei Start-Preise gehen an die TU Wien

Zwei Start-Preise gehen an die TU Wien

Zwei Start-Preise gehen an die TU Wien

Zwei Start-Preise gehen an die TU Wien

Franz Schuster

Franz Schuster

Franz Schuster

Franz Schuster

Jürgen Hauer

Jürgen Hauer

Jürgen Hauer

Jürgen Hauer

Jung, erfolgreich und international angesehen: Die Anforderungen für den START-Preis des Wissenschaftsfonds (FWF) sind nicht leicht zu erfüllen. Jedes Jahr erhält eine Reihe herausragender Forscherinnen und Forscher durch den hochdotierten START-Preis die Chance, ihre eigene Forschungsgruppe aufzubauen und sich dadurch fest in der internationalen Forschungscommunity zu etablieren. Zwei der diesjährigen START-Preise gehen an die TU Wien: Franz Schuster forscht am Institut für Diskrete Mathematik und Geometrie, Jürgen Hauer wird seine Gruppe am Institut für Photonik (Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik) aufbauen.

Seifenblasen mit minimaler Oberfläche
„Seifenblasen bilden immer Formen mit minimaler Oberfläche, bei vorgegebenem Volumen – das lässt sich mathematisch durch die sogenannte isoperimetrische Ungleichung beschreiben“, erklärt Franz Schuster. Geometrische Objekte lassen sich in beliebig vielen Raumdimensionen definieren, ihnen kann man bestimmte mathematische Eigenschaften zuweisen – Oberfläche und Volumen sind zwei solche Eigenschaften. Wenn man die Zusammenhänge zwischen diesen Eigenschaften untersucht, kann man wichtige Aussagen über geometrische Objekte ableiten.

Die Quadratur des Vielecks
Man kann zum Beispiel die Frage stellen: Lässt sich jedes zweidimensionale Vieleck so in Stücke schneiden, dass man daraus ein Quadrat mit demselben Flächeninhalt zusammensetzen kann? „Es ist mathematisch bewiesen, dass das möglich ist – doch bei mehr als zwei Dimensionen geht das nicht mehr“, sagt Franz Schuster. Ein dreidimensionales Objekt mit geraden Begrenzungsflächen (ein sogenanntes Polytop) lässt sich nicht immer in pyramidenförmige Stückchen zerteilen, aus denen man einen Würfel bauen kann. „Die Ungleichungen, die wir untersuchen, sind allerdings noch deutlich abstrakter und allgemeiner“, meint Schuster. „Wir verknüpfen das Gebiet der Bewertungstheorie, mit der man Körper klassifizieren kann, mit der Integralgeometrie.“

Schuster ist sicher, dass die Verknüpfung dieser beiden Gebiete in den nächsten Jahren noch an Bedeutung gewinnen wird. „Auf der ganzen Welt haben erstklassige Forschungsgruppen diesen Bereich nun für sich entdeckt – aber wir waren unter den allerersten“, sagt Schuster. „Wenn wir die offenen Fragen klären können, die hier auf eine Antwort warten, dann werden sich Anwendungen in vielen anderen Bereichen ergeben , etwa in der geometrischen Tomographie, der stochastischen Geometrie und Differentialgeometrie, aber auch in angewandteren Wissenschaften, wie der Festkörperphysik, der lokalen Stereologie und der Informationstheorie.“

Von den Pflanzen lernen
Wie kommt es, dass Pflanzen die Energie des Sonnenlichts viel effizienter aufnehmen können als uns das mit Photovoltaik-Zellen gelingt? Eine Antwort auf diese Frage wird Jürgen Hauer in den nächsten Jahren am Institut für Photonik suchen. Er forschte bisher an der Universität Wien, kooperierte bereits in der Vergangenheit mit der TU Wien und wird nun mit dem START-Preis ganz an die TU Wien wechseln.

Das Geheimnis der Photosynthese

„Wenn Licht auf Chlorophyll oder Carotinoide in der Pflanze trifft, löst es elektronische Prozesse aus, die unvorstellbar schnell ablaufen“, erklärt Jürgen Hauer. Weniger als hundert Femtosekunden (hundert Millionstel einer Milliardstelsekunde) dauern diese Vorgänge – und sie sind noch dazu extrem effizient. „Dieser erste, schnelle Teil der Photosynthese hat einen Wirkungsgrad von etwa 90% - viel mehr als man mit Solarzellen erreichen kann“, sagt Hauer. Er möchte diese physikalischen und chemischen Vorgänge nun sichtbar machen.

Mit der Erforschung von ultraschnellen Prozessen hat man am Institut für Photonik viel Erfahrung: Mit kurzen Laserpulsen wurden dort bereits atomare Vorgänge sichtbar gemacht, die auf noch deutlich kürzeren Zeitskalen ablaufen – doch die Photosynthese ist ein komplizierter Vorgang, an dem große Moleküle beteiligt sind, dadurch ist die Messung der Vorgänge sehr schwierig. „Unser Ziel ist es, durch Messungen in unseren Laserlabors ein tieferes Verständnis von der Photosynthese zu erlangen, und die Erkenntnisse dann vielleicht eines Tages für eine ganz neue Generation von Solarzellen nutzen zu können“, hofft Hauer.

International ausgerichtete Laufbahn
Franz Schuster stammt aus Eisenstadt. Er studierte und promovierte an der TU Wien, zu den Stationen seiner Laufbahn gehörten Forschungsaufenthalte am Polytechnic Insitute of NYU (USA), der Albert-Ludwigs Universität Freiburg und der Universita degli Studi di Firenze.
Jürgen Hauer wurde in Horn (Niederösterreich) geboren. Er studierte Chemie am King's College in London und absolvierte ein Doktoratsstudium am Max-Planck Institut für Quantenoptik in Garching (Deutschland). er forschte an der LMU München und an der Universität Wien.

Mehr über alle Start-PreisträgerInnen finden Sie in der Broschüre des FWF:
http://www.fwf.ac.at/de/downloads/pdf/STAWI-Pressemappe_2012.pdf