PSI-Jahresrückblick 2025

4,3 Volt Betriebsspannung ist die magische Grenze für kommerzielle Lithium-Ionen-Akkus beispielsweise in Elektroautos. Eine höhere Spannung würde eine höhere Energiedichte ermöglichen, doch aktuellen Batterien würde dies zugleich grosse Schäden zufügen. PSI-Forschende haben eine Methode entwickelt, mit der sich eine schützende Schicht um den Pluspol von Lithium-Ionen-Akkus aufbauen lässt. Diese Schicht kann die Lebensdauer der Batterien verlängern und ermöglicht zugleich Betriebsspannungen bis zu 4,8 Volt. 

Was braucht man, um Quantenprozesse realitätsnah zu simulieren? Richtig – einen Quantencomputer. Im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit Google haben PSI-Forschende einen neuartigen digital-analogen Quantensimulator gebaut. Der Simulator kombiniert die Leistungsfähigkeit von digitalen Quantencomputern mit der Präzision von bislang analogen Quantensimulatoren. Das eröffnet Möglichkeiten für komplexe Simulationen: der Entwicklung von neuen Materialien bis zu den Effekten von Medikamenten im menschlichen Körper.

Zeolithe sind überall: Etwa als absorbierendes Material in Katzenstreu oder als Wasserenthärter in Waschmitteln. Obwohl die Kristalle aus Silizium und Aluminium weit verbreitet sind, war ihre genaue Struktur bislang nur teilweise bekannt. Mit einer Kombination aus weicher Röntgenstrahlung und spezieller Spektroskopie ist es PSI-Forschenden gelungen, die präzise Position des Aluminiums im Kristallgitter zu bestimmen. Dieses Wissen könnte künftig in der Industrie angewendete werden, um massgeschneiderte Zeolithe für Katalysatoren zu entwickeln. 

Feinstaubfilter in Fabriken, Häusern und Fahrzeugen schützen noch nicht optimal. Das haben Forschende unter der Leitung des PSI bei Experimenten in der CLOUD-Kammer am CERN, der präzisesten Simulationskammer für atmosphärische Prozesse, untersucht. Sie entdeckten, dass Feinstaub nicht nur direkt aus kohlenstoffhaltigen Partikeln bei unvollständigen Verbrennungsprozessen entstehen, sondern sich auch in mehrstufigen Prozessen aus Gasen bilden kann. Moderne Feinstaubfilter sollten also nicht nur feste Partikel aus ihren Abgasen herausfiltern, sondern auch spezifische Vorläufergase.

Mit einem einzigen Blick eine medizinische Diagnose stellen: Das ist schon lange der Wunsch von Medizinerinnen und Forschern. Mit Image2Reg kamen PSI-Forschende diesem Ziel nun ein Stück näher. Das KI-Tool lernt, aus Mikroskopieaufnahmen von DNA-Struktur vorherzusagen, welche genetischen Erkrankungen in einer Zelle vorliegen könnten. Gleichzeitig nutzt die KI die Bilder, um mehr über die Interaktionen von Genen bei bestimmten Erkrankungen zu lernen. Dadurch könnte Image2Reg nicht nur bei der Diagnose, sondern auch bei der Entwicklung neuer Medikamente für die jeweiligen Genstörungen helfen.

ESA und PSI haben viel gemeinsam: Beide treiben Innovation voran und helfen neue, komplexe Technologien zu entwickeln. Im Mai 2025 hat die ESA in enger Zusammenarbeit mit dem PSI das European Space Deep-Tech Innovation Centre ESDI eröffnet. Das ESDI hat seinen Standort am Park Innovaare in direkter Nachbarschaft des PSI. Es schafft Instrumente zur Innovationsförderung insbesondere in den Bereichen Quantenforschung, Datenwissenschaften und Materialforschung. So sollen Technologien entstehen, die einerseits auf der Erde, aber auch im Weltraum Anwendung finden.

So präzise wie ein internationales Forscherteam unter der Leitung des PSI hat noch nie jemand den Ladungsradius des Atomkerns von Helium-3 bestimmt. Das Ergebnis: 1,97007 Femtometer. Dafür ersetzten die Forschenden die sehr leichten Elektronen des Atoms mit einem deutlich schwereren negativen Myon. Zusätzlich zum Radius half das Experiment den Forschenden dabei, die Kräfte zwischen den Bausteinen des Atomkerns besser zu versehen.

Eine Radionuklidtherapie verbindet Nuklearforschung und Immunologie, um Krebszellen gezielt zu bekämpfen. Lymphdrüsenkrebs ist besonders herausfordernd, weil ein Teil der Tumorzellen im Blut des Patienten durch den Körper zirkuliert. Gemeinsam mit dem Inselspital Bern entwickeln Forschende des PSI eine neue Behandlung für diese Krebsart: Spezielle Antikörper binden gezielt an die Krebszellen. Gekoppelt sind die Antikörper mit dem Radionuklid Terbium‑161. Dieser Stoff sendet auch Strahlung mit besonders kurzer Reichweite von weniger als einem Mikrometer aus. Damit werden nur im allernächsten Umfeld einzelne Tumorzellen gezielt bekämpft.

Am 21. August 2025 eröffnete Bundesrat Guy Parmelin feierlich die neue Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS nach ihrem Upgrade. In den 24 Jahren vor der Erneuerung ermöglichte die SLS bereits wegweisende Forschung. Der neue Speicherring für Elektronen ist mit seinen 288 Metern genauso lang wie der vorherige, liefert jedoch bis zu 1000-mal intensiveres Licht. Durch viele Modernisierungsmassnahmen verbraucht die gesamte Grossforschungsanlage trotzdem rund 33 Prozent weniger Strom als zuvor. 

Das Metall Vanadium hat viele Anwendungen, beispielsweise in der Bauindustrie oder auch im Bereich der Energiespeicherung. Obwohl es genügend Vanadiumvorkommen in der Erdkruste gibt, ist die Versorgung der Industrie mit Vanadium noch unzureichend. Die Preise schwanken stark, das hemmt Investitionen. PSI-Forschende vom Center for Energy and Environmental Sciences haben daher eine Datenbank angelegt, die die weltweiten Vanadium-Vorkommen, Förderungsmengen, Preise und mehr vereint. Diese «lebende Weltkarte» soll eine verlässliche Basis für Investitions- und politische Entscheidungen schaffen und den Vanadium-Markt weniger volatil machen.

Das körpereigene Protein Spermin reguliert viele Prozesse im Körper, beispielsweise beim Zellwachstum und der Zellteilung. PSI-Forschende entdeckten, dass Spermin darüber hinaus auch bei der Entsorgung von Proteinablagerungen hilft, die mit neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung stehen. Spermin bindet kleine Proteinansammlungen zu grösseren Klumpen zusammen, die vom Körper leichter abgebaut werden können. Die neuen Erkenntnisse könnten dazu dienen, neue Therapien gegen Alzheimer zu entwickeln. 

Das Gehirn ist eines der komplexesten biologischen Systeme der Welt. Das konnten PSI-Forschende zeigen, als sie ein winziges Stück Mäusegehirn mithilfe hochauflösender Röntgenstrahlen untersuchten. In einem Kubikmillimeter Gehirngewebe finden sich rund 100 000 Neuronen, die durch fast 700 Millionen Synapsen und 4 Kilometer „Verkabelung“ verbunden waren.