Digitaler Wissensspeicher für bundesweite Forschungsdaten

CAU ist Teil eines neuen Konsortiums für eine nachhaltige und transparente Datennutzung in der Photonen- und Neutronenforschung

In der Forschung mit Photonen und Neutronen entstehen derzeit Datenmengen von mehr als 28 Petabytes (PB) pro Jahr – ein Petabyte entspricht etwa einer Milliarde Megabytes (MB). Werden die elektrisch geladenen Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt, senden sie eine hochintensive Röntgenstrahlung aus, die sogenannte Synchrotronstrahlung. Damit lassen sich zum Beispiel Strukturen von Materie erkennen, das Verhalten von Elektronen beobachten, biochemische Prozesse in Zellen im Detail verstehen oder neue Materialien entwickeln.Schon einzelne Experimente an Großforschungseinrichtungen wie dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) können bis zu einer Million Dateien erzeugen. Um diese effizient, vollständig und möglichst in Echtzeit analysieren zu können, braucht es eine neue Qualität im Datenmanagement. Bund und Länder fördern gemeinsam die systematische Erschließung und bundesweite Vernetzung solcher Forschungsdaten. Ein Konsortium von insgesamt 18 Instituten und Universitäten unter Leitung des DESY wurde jetzt für zunächst fünf Jahre bewilligt, darunter ist auch die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Dr. Bridget Murphy, Physikerin an der CAU und Gruppenleiterin am DESY wird dem Konsortium als Co-Sprecherin vorstehen.

Viele Daten, die in Experimenten der Photonen- und Neutronenforschung erhoben werden, sind noch immer nur dezentral, projektbezogen oder auf Zeit verfügbar. Gleichzeitig steigen die Datenmengen und -raten durch die technische Entwicklung der Licht- und Neutronenquellen rasant an. Der 2020 gegründete Verein Nationale Forschungsdateninfrastruktur (NFDI) will diese Forschungsdaten systematisch erschließen, vernetzen und für die deutsche Wissenschaftslandschaft nachhaltig nutzbar machen. Der NFDI ist als ein Netz unabhängiger Konsortien organisiert, zu denen jetzt auch „DAPHNE4NFDI“ (DAten aus Photon- und Neutronen-Experimenten für NFDI) unter Kieler Beteiligung gehört. Das von der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz von Bund und Ländern (GWK) beschlossene Konsortium startet am 1. Oktober 2021.

„Der Beschluss von Bund und Ländern zum Aufbau einer nationalen Forschungsdateninfrastruktur ist eine wichtige Voraussetzung, um den digitalen Herausforderungen in der Wissenschaft zu begegnen. Im Bereich der Synchrotronforschung ermöglicht das neue Forschungsfragen und Erkenntnisse und damit ein tieferes Verständnis von Materialien und Lebewesen“, sagt Professor Eckhard Quandt, CAU-Vizepräsident für Forschung und Digitalisierung. „In Kiel sind wir in diesem Bereich schon lange sehr aktiv und äußerst gut vernetzt, zum Beispiel durch gemeinsame Einrichtungen wie dem Ruprecht-Haensel-Labor mit dem DESY. Dieses Netzwerk wird durch das jetzt bewilligte Konsortium weiter gestärkt.“

CO-Sprecherin des neuen Konsortiums, Dr. Bridget Murphy, ergänzt: „Gemeinsam mit Universitäten, Großforschungseinrichtungen und den Nutzerinnen und Nutzern selbst wollen wir digitale Lösungen für ein modernes Datenmanagement erarbeiten.“ Als Privatdozentin an der CAU und gleichzeitige Gruppenleiterin im Ruprecht-Haensel-Labor bildet sie eine enge Schnittstelle zwischen dem Kieler Nano-Forschungsschwerpunkt KiNSIS „Kiel Nano Surface and Interface Science“ und dem DESY als Deutschlands größtem Beschleunigerzentrum.  

Das neue Konsortium „DAPHNE4NFDI“ bringt bundesweit mehr als 5.500 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus verschiedenen Fachrichtungen zusammen, von Biologie und Pharmazie, Ingenieurswissenschaften, Physik und Chemie bis hin zu Geologie und Archäologie. Sie alle stehen vor der Herausforderung, steigende Datenmengen und Übertragungsraten zu bewältigen und nach den sogenannten „FAIR“-Prinzipien zu organisieren. FAIR steht hierbei für „Findable“ (auffindbar), „Accessible“ (zugänglich), „Interoperable“ (interoperabel) und „Reusable“ (wiederverwendbar).

„Bisher dauerte es oft Monate, bis die in Experimenten gewonnenen Daten wirklich zur Verfügung standen. Außerdem ist ihre Auswertung sehr komplex und braucht oft eine aufwändige personelle Begleitung und viel Erfahrung“, weiß Murphy. Als Mitglied im bundesweiten Komitee Forschung mit Synchrotronstrahlung (KFS) setzt sie sich unter anderem auch für eine stärkere Unterstützung der Nutzungsgruppen von Synchrotronquellen ein. Eine digitale Datenerfassung in Echtzeit, verknüpfte und gemeinsam nutzbare Datenbanken, sowie transparente Analysesoftware für die Nutzerinnen und Nutzer könnten Abhilfe schaffen und gehören zu den Entwicklungszielen des „DAPHNE4NFDI“.

Neben den 18 geförderten Institutionen bringen Forschende von elf weiteren Einrichtungen aus dem In- und Ausland ihre Expertise und Methodik in Pilotprojekten ein. „Die Forschung an Photonen- und Neutronenquellen ist eng im europäischen Umfeld verankert. Im intensiven Austausch mit den kooperierenden europäischen Großforschungszentren wollen wir die Standards im Forschungsdatenmanagement gemeinsam vorantreiben und auf eine neue Stufe stellen“, so Murphy.

Wissenschaftliche Anlage
© DESY

Das Kieler Instrument LISA Diffraktometer am DESY lenkt die brilliante Strahlung der Röntgenquelle PETRA III ab und ermöglicht so, Grenzflächen in Flüssigkeitsproben zu untersuchen.

Portrait
© Julia Siekmann, Uni Kiel

Dr. Bridget Murphy, Physikerin an der CAU und Gruppenleiterin am DESY, wird Co-Sprecherin des neuen Konsortiums zur besseren Vernetzung von Forschungsdaten.

Wissenschaftlicher Kontakt:

Dr. habil. rer. nat. Bridget Murphy
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU)
Institut für Experimentelle und Angewandte Physik
Grenzflächenphysik
0431/ 880-5558
murphy@physik.uni-kiel.de

Über den CAU-Forschungsschwerpunkt KiNSIS:

Im Nanokosmos herrschen andere, quantenphysikalische, Gesetze als in der makroskopischen Welt. Strukturen und Prozesse in diesen Dimensionen zu verstehen und die Erkenntnisse anwendungsnah umzusetzen, ist das Ziel des Forschungsschwerpunkts »Nanowissenschaften und Oberflächenforschung« (Kiel Nano, Surface and Interface Science – KiNSIS) der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). In einer intensiven interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften und Life Sciences könnten daraus neuartige Sensoren und Materialien, Quantencomputer, fortschrittliche medizinische Therapien und vieles mehr entstehen. www.kinsis.uni-kiel.de

Pressekontakt:
Julia Siekmann
Referentin für Wissenschaftskommunikation, Forschungsschwerpunkt Kiel Nano Surface and Interface Sciences (KiNSIS)