Im Kernprofilbereich "Quantum Matter and Materials "(QM2) untersuchen Wissenschaftler*innen aus der Mathematik, der theoretischen und experimentellen Physik, der anorganischen und physikalischen Chemie sowie der Kristallographie gemeinsam neue Materialien und die faszinierenden Quanteneigenschaften von Materie.

Die Forschungsthemen spannen dabei einen Bogen von mathematischen Strukturen und physikalischen Theorien bis zur Herstellung neuer Materialien und deren Anwendung. Zum Beispiel werden Nanomaterialien, Graphen, topologische Materiezustände und Spin-Bahn gekoppelte Systeme untersucht sowie neue Verfahren im Bereich der organischen Elektronik entwickelt. Dieser Kernprofilbereich hat erfolgreich das DFG Exzellenzcluster "Matter and Light for Quantum Computing (ML4Q)" zusammen mit der RWTH Aachen, der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und dem Forschungszentrum Jülich eingeworben.

Kontakt:
Prof. Dr. Achim Rosch, Institut für Theoretische Physik
Prof. Dr. Klaus Meerholz

Koordinator:
Dr. Andreas Sindermann, Institut für Theoretische Physik

Im Zentrum des Kernprofilbereichs steht das Exzellenzcluster CEPLAS, ein gemeinsames Projekt der Universität zu Köln, der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) und des Forschungszentrums Jülich (FZJ). CEPLAS hat es sich zum Ziel gesetzt, grundlegende Probleme der Pflanzenwissenschaft zu lösen und Wissen zu generieren, welches die Züchtungsstrategien von morgen prägen wird und dadurch wissenschaftsbasierte Lösungen für eine nachhaltige Ernährungssicherheit einer wachsenden Bevölkerung liefert. Durch die Erforschung der molekularen und genetischen Grundlagen komplexer Pflanzenmerkmale wird eine Basis für die Entwicklung von nachhaltigen und ressourcenschonenden Nahrungs-, Futter- und Energiepflanzen geschaffen.

Darüber hinaus bietet CEPLAS koordinierte Ausbildungsprogramme für Promovierende und Wissenschaftler*innen an. Ein neuer Studiengang in Fachbereich Quantitative Biologie konnte eingerichtet werden sowie ein Programm für Schulen, um die Integration der CEPLAS Forschungsfelder in die Ausbildung von Schüler*innen und Studierenden zu ermöglichen.

Kontakt:
Prof. Dr. Stanislav Kopriva, Botanisches Institut

Koordinatorin:
Dr.' Cordula Jörgens, CEPLAS

Dieser Kernprofilbereich besteht aus dem Exzellenzcluster CECAD, das bereits in der 1. Förderrunde der Exzellenzinitiative eingeworben wurde und sich nun in der dritten Förderperiode befindet.

Mit hoher Dynamik arbeitet das Exzellenzcluster CECAD an der Universität zu Köln an der Erforschung der Alterungsprozesse und altersassoziierter Erkrankungen.

Ziel dabei ist, die molekularen Grundlagen dieser Prozesse zu verstehen und gemeinsame Ursachen des Alterungsprozesses zu finden. Die Vision des Clusters ist, neue Therapien für altersassoziierte Erkrankungen wie Krebs, Diabetes und neurodegenerative Störungen daraus abzuleiten. CECAD arbeitet interdisziplinär und international eng vernetzt – in sechs Forschungsbereichen mit exzellenten Forschergruppen. Damit definiert CECAD eine Spitzenposition in der internationalen Alternsforschung.

Kontakt:
Prof.' Dr.' Carien Niessen, CECAD

Koordinatorin:
Dr.' Sybille Grandel, CECAD Office

Der Kernprofilbereich "Cancer Ecosystems: Emergence, Evolution and Therapy" beruht auf der strategischen Bündelung hochgradig komplementärer Fachkenntnisse von Wissenschaftler*innen aus verschiedenen Bereichen der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen und der Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln und der Uniklinik Köln.

Der zentrale Ansatzpunkt für die Forschung im Kernprofilbereich "Cancer Ecosystems: Emergence, Evolution and Therapy" ist die in den letzten Jahren gewonnene Erkenntnis, dass die Entstehung und weitere Entwicklung von Krebs nicht auf die transformierten Zellen selbst reduziert werden kann, sondern von erfolgreichen Interaktionen eines mutierten Zellklons mit dem ihn umgebenden Gewebeökosystem abhängt. Um neue, therapeutisch angreifbare Schwachstellen von Krebs aufzudecken, müssen wir daher die Mechanismen der Co-Evolution von Krebs und seinem individuellen Ökosystem verstehen. Im Kernprofilbereich "Cancer Ecosystems: Emergence, Evolution and Therapy" forschen wir daher in interdisziplinären Teams daran, diese Mechanismen besser zu verstehen, mit dem Ziel, aufbauend auf dem hierdurch gewonnenen tiefen Verständnis dieser Prozesse, innovative Therapien zu entwickeln, mittels derer Krebserkrankungen in Zukunft erfolgreicher behandelt werden können als mit derzeit verfügbaren Therapien.

Kontakt:
Prof. Dr. Henning Walczak, Institut für Biochemie I, Medizinische Fakultät

Der Kernprofilbereich "Global South Studies" stärkt die nationale und internationale Sichtbarkeit interdisziplinärer Studien zu den kulturellen, sozialen und ökonomischen Veränderungen im Globalen Süden vor dem Hintergrund einer schnell voranschreitenden Globalisierung.

Er versteht sich als Inkubator für koordinierte Projekte und schafft eine gute Infrastruktur für die Entwicklung von Nachwuchswissenschaftler*innen. Er trägt zur vergleichenden und interdisziplinären Forschung über die Verbindungen und Verflechtungen innerhalb des Globalen Südens und zwischen Nord und Süd bei.

Der Kernprofilbereich fokussiert sich dabei besonders auf materielle und immaterielle Austauschprozesse und Verbindungen zwischen den Kontinenten, Regionen sowie zwischen Metropolregionen und ihrem Hinterland.

Kontakt:
Prof.' Dr.' Michaela Pelican, Institut für Ethnologie
Prof.' Dr.' Silke Hensel, Historisches Seminar
Prof. Dr. Javier Revilla-Diez, Geographisches Institut

Koordinator:
Dr. Clemens Greiner, Department of Cultural and Social Anthropology

Soziales und ökonomisches Verhalten beeinflusst den Erfolg von Gesellschaften, Politik, Märkten, Organisationen und Individuen. Daher ist es von zentraler Bedeutung, diese Einflussfaktoren zu verstehen, und darauf aufbauend, menschliches Verhalten ggfs. zu „steuern“, um die großen Herausforderungen der heutigen Zeit anzugehen. Laborexperimente sowie neue Theorien in Psychologie und Ökonomie haben in den letzten Jahren erheblich zu einem besseren Verständnis der Grundprinzipien menschlichen Verhaltens beigetragen.
 
Eine zentrale Aufgabe des Kernprofilbereichs ist es, die verschiedenen Forschungsansätze zusammenzuführen und auf der Grundlage dieser Synthese zu verstehen, wie Erkenntnisse aus der Verhaltensforschung in der Praxis zur Lösung drängender sozialer und wirtschaftlicher Fragen genutzt werden können.
 
Ergänzende Forschungsgebiete in diesem Kernprofilbereich sind die sozialpsychologische Verhaltensforschung und die Marktgestaltungsforschung. Innerhalb des Kernprofilbereichs wird seit 2019 das Cluster of Excellence ECONtribute: Markets & Public Policy in Zusammenarbeit mit der Universität Bonn im Rahmen der Exzellenzstrategie gefördert.

Kontakt:
Prof. Dr. Bernd Irlenbusch, Department Corporate Development
Prof.' Dr.' Anne Gast, Social Cognition Center Cologne

Koordinatorin:
Dr.' Jennifer Mayer

Menschliches Verhalten generell, aber auch speziell sprachliches Verhalten, unterliegt erheblicher Variation. Individuen unterscheiden sich, wie sie Sprachen lernen und wie sie die konventionalisierten sprachlichen Formen benutzen und weiterentwickeln. In der strukturalistischen Linguistik ist diese Variabilität bisher zumeist als Störfaktor angesehen worden, der den Blick auf die zugrundeliegenden Strukturen verstellt. Dadurch wurde aber auch ausgeblendet, dass Variabilität eine Grundeigenschaft menschlicher Kommunikation ist und dass sprachliche Strukturen als inhärent variabel zu konzipieren sind.

Die KPA "Skills and Structures in Language and Cognition" stellt sich die Aufgabe, die Variabilität in sprachlichem Verhalten und Wissen besser zu verstehen und darauf basierend, ein neues Modell von Sprache und Kommunikation zu entwickeln, in dem Variation einen zentralen Platz einnimmt. Dazu gilt es die folgenden drei Ebenen miteinander zu verknüpfen: individuelles Verhalten, die sich daraus immer wieder neu kristallisierenden sprachlichen Strukturen und die zugrundeliegenden kognitiven Mechanismen.

Aktueller Arbeitsschwerpunkt der KPA ist das Cluster Development Programm „Language Challenges“.

Kontakt:
Prof. Dr. Nikolaus P. Himmelmann, Institut für Linguistik
Prof.' Dr.' Pamela Perniss, Gebärdensprachlinguistik und -dolmetschen

Koordinator*innen:
Tobias-Alexander Herrmann, Slavisches Institut / Cologne Center of Language Sciences
Lena Wolberg, Institut für Linguistik

Inzwischen wissen wir, dass die Menschheit den Klimawandel dringend eindämmen muss, was tiefgreifende Änderungen der Lebensweise erfordert, sei es bei der Umgestaltung der Energiesysteme oder der Vermeidung des Verlusts der biologischen Vielfalt. Gleichzeitig steht eine neue Generation von Instrumenten zur Verfügung: neuartige Ansätze zur Beobachtung des Erdsystems, hochauflösende experimentelle Daten und Simulationen sowie intelligente Berechnungsmethoden wie maschinelles Lernen, effiziente Algorithmen oder Exascale-Computing. Diese bieten ein noch nie dagewesenes Potenzial, um das vergangene, gegenwärtige und vor allem zukünftige Klima sowie die Entwicklung des komplexen gekoppelten Erdsystems besser zu verstehen.

Im Rahmen des Kernprofilbereichs "Intelligente Methoden für die Erdsystemwissenschaften" streben wir eine enge Verbindung zwischen den Erdsystemwissenschaften, den angrenzenden Naturwissenschaften (Physik, Chemie, Biologie) sowie der Informatik und Mathematik an. Ein solcher interdisziplinärer Ansatz ermöglicht es, Anwendungen z.B. in der Astronomie, den Umweltwissenschaften und der Energiewirtschaft zu erreichen. Mit den starken regionalen Partnern, d.h. der Universität Bonn sowie dem Forschungszentrum Jülich, hat die Universität zu Köln (UzK) bereits das Center for Earth System Observation and Computational analysis (CESOC) gegründet, das das Europäische Zentrum für mittelfristige Wettervorhersage (ECMWF) mit der Forschung auf diesem interdisziplinären Gebiet verbindet. Darüber hinaus ist die Weiterentwicklung starker Infrastrukturen, wie die weltweit einzigartige Plattform für Geochronologie an der UzK, vorgesehen. Auch ist geplant, die Kompetenzzentren innerhalb des Geoverbundes ABC/J, wie das Isotope GeoScience Centre (IGSC4i) und das Cloud and Precipitation Exploration Laboratory (CPEX-LAB), weiter zu stärken.

Mit der KPA-Förderung der UzK sollen die interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Forschung ausgebaut, innovative Lehrkonzepte entwickelt, Ansätze zur Nachhaltigkeit unterstützt und Outreach-Aktivitäten ermöglicht werden.

Kontakt:
Prof.' Dr.' Susanne Crewell, Institut für Geophysik und Meteorologie 
Prof. Dr. Christian Sohler,  Institut für Informatik
Prof. Dr. Tony Reimann, Geographisches Institut

Koordinator*in:
Dr.' Katja Sperveslage

Unser Universum ist voller faszinierender, rätselhafter und oft überraschender Phänomene. Diese physikalisch zu verstehen und zu erklären, ist die Aufgabe des neuen Kernprofilbereichs „Dynamik des Universums“, welcher sich der Erforschung genau dieser nichtlinearen physikalischen Prozesse und Zusammenhänge widmet, die die komplexe Entwicklung des Kosmos bestimmen.

Astronomie und Astrophysik haben eine lange Tradition im Köln-Bonner Raum. Maßgeblich unterstützt durch Sonderforschungsbereiche, zuletzt durch den SFB 1601, und dank gut organisierter Infrastruktur, kann der Verbund bislang mit der schnellen Entwicklung des Forschungsfeldes Schritt halten. Durch die Koordination der Forschung an den beteiligten Partnerinstituten in Bonn (Universität Bonn und MPIfR) sowie dem Forschungszentrum Jülich, und durch die Konzentration der Expertise in experimenteller, theoretischer und Labor-Astrophysik sowie der Entwicklung von Detektoren und neuer Instrumentierung ist der Verbund international wettbewerbsfähig und sichtbar.   

Da astronomische Observatorien und Instrumentierungen nun von großen Konsortien getragen werden, ist eine erfolgreiche Teilnahme an internationalen Kooperationen entscheidend. Dies erfordert eine effiziente, synergetische Basis, die langfristige Perspektiven für die Forschung und Ausbildung von Nachwuchswissenschaftler*innen bietet. Der Kernprofilbereich schafft ein exzellentes Umfeld für die Ausbildung, den frühen Kontakt mit aktueller Forschung sowie den Austausch in internationalen Kooperationen und Wettbewerben. Zudem wird die interdisziplinäre Zusammenarbeit von Physik, Informatik und angewandter Mathematik nun nachhaltig gestärkt. Dies ist besonders wichtig, um den Herausforderungen der beispiellos großen Mengen an Beobachtungsdaten mit innovativen Ideen und Algorithmen zu begegnen und komplexe Simulationen auf neuen Hardware-Technologien zu ermöglichen und effizient voranzutreiben.

Kontakt: 
Prof.' Dr.' Stefanie Walch-Gassner, Astrophysik