Barmenia-Corona-Sonder-Preis (Zweiter Preis):
Zhirui Tang, Master Computer Simulation in Science

Titel: Correction Transformation: Improving Newton’s Iteration via Nonlinear Transformations

I am very happy that the Barmenia Mathematics Prize is awarded to Zhirui Tang. In the work for his master’s degree he considered nonlinear transformations that can help to speed up the convergence of Newton’s method for extremely nonlinear problems. By using such transformations, the problem is made ‘’less nonlinear’’, meaning that less iterations are needed for the solution.

During the course of the work, many concepts had to be studied. One problem considered was of a singularly perturbed nature, requiring very special discretisation techniques. Mr. Tang developed some adaptive meshing methods to adequately discretise the problem before starting to work on the nonlinear solution. Another problem resulted from semiconductor device simulation, with very special characteristics, requiring the study of the so-called drift-diffusion model.

For the nonlinear variable transformations, theory had been developed to estimate how much can be gained by the transformation. Mr. Tang carefully checked this for the aforementioned test problems, and the results were very surprising and coincident with the experimental results obtained. In this way, the very good performance of the method of correction transformation for the semiconductor problem could be explained theoretically for the first time.

Besides being very happy that Mr. Tang will receive the Barmenia Mathematics prize, I am also glad that he will continue his mathematical career in Leuven, Belgium with a very respected colleague of mine, chair also of the Flemish Platform for Mathematics. I am sure that Mr. Tang will do well in this position, and it will also enable us to meet again at the annual conferences of the Dutch-Flemish Society for Scientific Computing in the beautiful congress centre ‘’Woudschoten’’.

Dear Zhirui, I am sorry I could not be here today due to commitments in The Netherlands. I congratulate you with the Barmenia Mathematics Prize and wish you much success in your future career, as well as in your private life.

Prof. Dr. W.H.A. Schilders, 4th Mittelsten-Scheid guest professor

Barmenia-Mathematikpreis Dritter Preis:
Thomas Auterhoff, Master Mathematik

Titel: The independence of the continuum hypothesis

Hilberts erstes Problem, die von Cantor formulierte Kontinuumshypothese, ist eine Frage nach möglichen Mächtigkeiten von unendlichen Mengen: Muss jede unendliche Menge reeller Zahlen entweder abzählbar oder gleichmächtig zu den reellen Zahlen sein? Diese grundlegende Frage der Mengenlehre kann allein aus den Zermelo-Fraenkel-Axiomen und Auswahlaxiom (ZFC) weder bewiesen noch widerlegt werden, ist also unabhängig von ZFC. Für den Beweis, dass die Kontinuumshypothese in ZFC nicht bewiesen werden kann und die Entwicklung der modelltheoretischen Beweismethode des "Forcing" erhielt Paul Cohen 1966 die Fields-Medaille. Seither ist Forcing eine unentbehrliche Methode in Mengenlehre und Modelltheorie.

In seiner Arbeit beschäftigt sich Thomas Auterhoff mit dieser Methode des Forcing, insbesondere in der moderneren kategorientheoretischen Ausprägung, bei der die Modelle der Mengenlehre mit den gewünschten Eigenschaften als Kategorien von Garben konstruiert werden. Die Arbeit enthält eine Exposition der notwendigen Grundlagen aus Modelltheorie und Topostheorie mit vielen gut gewählten Beispielen, und erklärt auch die Konstruktionsvorschriften für zwei Mengenlehre-Modelle, in denen die Kontinuumshypothese gilt bzw. verletzt ist. Dabei ist insbesondere die Konstruktion eines Topos, in dem die Kontinuumshypothese gilt, eine neue eigenständige topostheoretische Übersetzung einer modelltheoretischen Konstruktion von Weaver.

Trotz ihrer grundlegenden Bedeutung für die Mathematik gehören Modelltheorie oder fortgeschrittene Themen der Mengenlehre nicht zum Standardkanon des Mathematikstudiums. Es ist deshalb eine beachtliche Leistung, sich die Grundlagen dieser mathematischen Gebiete soweit zu erarbeiten, um dann eine Exposition der Unabhängigkeit der Kontinuumshypothese schreiben zu können. Thomas Auterhoff zeigt in seiner Arbeit ein sehr gutes Verständnis der mathematischen Grundlagen und eine große Selbständigkeit auch in Darstellung und Entwicklung des Themas. Deutlich zu spüren ist das Bedürfnis, den Dingen auf den Grund zu gehen, das ja immer ein Antrieb für interessante Forschung ist.

Prof. Dr. Matthias Wendt

Barmenia-Förderpreis:
Jonathan Kirchhoff, Bachelor of Applied Science

Titel: Ein Agenten-basiertes Modell für die Photovoltaik-Installation und den Bezug von Ökostrom durch Privathaushalte in Deutschland

Die Bachelor-Thesis von Herrn Kirchhoff aus der Fachrichtung Mathematische Modellierung befaßt sich mit Beschreibung und Simulation des Photovoltaik-Ausbaus von Privathaushalten in Deutschland. Sie ist aufgrund der aktuellen welt-wirtschaftlichen Situation, gerade verstärkt durch Auswirkungen des Ukraine-Krieges auf den Energiemarkt, ein sehr aktuelles Thema.

Herr Jonathan Kirchhoff hat seine Bachelorarbeit äußerst selbstständig verfasst, von Grund auf ein neues Modell eintwickelt und dabei sämtliche Algorithmen in der Programmiersprachen NETLOGO kodiert. Hierzu hat er sich mit der Programmiersprache und anderen Tools zur Datendarstellung (z.B. GeoPandas) bis auf Detail-Ebene vertraut gemacht. Bei der Anfertigung seiner Bachelorarbeit arbeitete Herr Jonathan Kirchhoff zielgerichtet und sehr unabhängig. Die benutzten mathematischen und algorithmischen Techniken haben einen
Schwierigkeitsgrad, der über das normale Maß einer Bachelorarbeit weit hinaus geht.

Die spezielle Herausforderung in dieser Bachelorarbeit lag in der ausgeprägten Interdisziplinarität, die einen externen Betreuer (Dr. Georg Holtz) vom Wuppertal Institut erforderte, und der Verbindung von mathematischen Tools mit den verschiedenen Ideen zu Agenten-basierten Modellen in einer konkreten wirtschaftswissenschaftlichen Anwendung, sowie der Implementierung in der Programmiersprache NETLOGO.

Dies ist ihm zweifellos hervorragend mit seiner Bachelorarbeit gelungen.

Prof. Dr. Matthias Ehrhardt

Barmenia-Förderpreis:
Vivien Picard, Bachelor of Applied Science

Titel: Der Satz von Quillen und Suslin und die Beantwortung von Serres Frage                                         

Es ist ein klassisches Resultat aus der Topologie, dass jedes Vektorbündel über einer Kreisscheibe trivial ist. Ein Beispiel für ein nicht triviales Vektorbündel ist etwa das Tangentialbündel einer Sphäre.

,,Auf der Erde gibt es immer einen windstillen Ort!''

Jean-Pierre Serre hat durch seine einflussreiche Arbeit über kohärente Graben auf Varietäten erkannt, dass das algebraische Analogon der Vektorbündel gerade die projektiven Moduln über einem Ring ist. Da der Polynomring in endlich vielen Variablen mit Koeffizienten in einem Körper, das algebraische Pendant zu einer (höher dimensionalen) Kreisscheibe ist, stellte Serre 1955 die Frage, ob jeder endlich erzeugte projektive Modul über einem solchen Polynomring trivial, also frei, ist.

An der Beantwortung dieser Frage haben viele Mathematiker intensiv gearbeitet. Schließlich wurde sie über 20 Jahre später durch Daniel Quillen und Andrei Suslin unabhängig voneinander positiv beantwortet. Ein weiterer Beweis wurde etwas später von Leonid Vaserstein gefunden. Diese Arbeiten und vor allem die dadurch aufgeworfenen weiterführenden Fragen haben noch heute einen großen Einfluss auf die aktuelle Forschung in sehr verschiedenen Bereichen der algebraischen Geometrie.

In ihrer Bachelor-Arbeit hat Frau Picard einen vollständigen Beweis des Satzes von Quillen und Suslin sowie den alternativen Beweis von Vaserstein präsentiert. Die Hauptquelle war hierbei ein Buch von Ernst Kunz. Dieser Beweis ist sehr raffiniert und benutzt eine große Breite von Methoden aus der kommutativen Algebra.

Frau Picard hat sich in Ihrer Darstellung von den Quellen gelöst, verschiedene Quellen kombiniert, die Beweise umgeschrieben und ausführlicher erklärt sowie interessante Beispiele diskutiert. Etwa die Idee Tensorprodukte zu benutzen, macht einige der Beweise klarer und geht vollständig auf Ihre Initiative zurück. Ebenso wie der gesamte Abschnitt, der Vasersteins alternativen Beweis behandelt. Hier hat sich Frau Picard selbstständig in die Literatur eingelesen und kombiniert mehrere Quellen auf elegante Art, um zu einer vollständigen Darstellung des Argumentes zu gelangen.

Besonders beeindruckt hat mich die große Klarheit der Sprache, mit der Frau Picard selbst die komplizierten Beweise prägnant erklärt. Dies ist eine ausgezeichnete Arbeit, mit der Frau Picard ein tiefes Verständnis eines schwierigen und wichtigen Satzes aus dem Gebiet der kommutative Algebra  demonstriert.

Prof. Dr. Kay Rülling

Barmenia-Förderpreis:
Peter Stehr, Bachelor of Applied Science

Titel: Lösbarkeit und Regularität elliptischer Randwertprobleme

Peter Stehr hat in seiner Bachelor-Thesis die Lösbarkeit und Regularität allgemeiner elliptischer Randwertprobleme (Dirichlet und Neumann) auf Gebieten im euklidischen Raum untersucht.

Solche elliptischen Differentialgleichungen spielen eine zentrale Rolle in Mathematik und Physik bzw. allgemeiner überall in Naturwissenschaft und Technik.

In der Regel werden nicht nur Lösungen der Differentialgleichung gesucht, sondern Lösungen, die bestimmte Nebenbedingungen erfüllen. Oft sind dies vorgegebene Randwerte. Dabei werden entweder die Werte der Lösung selbst (Dirichlet-Problem) oder bestimmte Ableitungen (Neumann-Problem) auf dem Rand der zugrundeliegenden Gebiete vorgegeben.

Ein klassischer Ansatz zur Lösung von Differentialgleichungen ist, zunächst die Existenz schwacher Lösungen im Distributionssinne zu zeigen (bzw. diese sogar zu konstruieren) und anschließend die Regularität derselben zu untersuchen. Ist die untersuchte Differentialgleichung elliptisch, so bestehen gute Chancen, dass die Lösung die Regularität (beispielsweise Differenzierbarkeit) der Daten erbt.

Der erste Schritt wird oft durch den Rieszschen Darstellungssatz (bzw. die Variation nach Lax-Milgram) geleistet, für den zweiten Schritt wird die Theorie der Distributionen herangezogen.

Diesen Weg hat auch Herr Stehr, der klassischen Literatur folgend, in seiner Thesis beschritten und dabei ein tiefes Verständnis der zugrundeliegenden Theorien gezeigt, dass weit über übliches Bachelor-Niveau hinausgeht. Insbesondere die sehr anspruchsvolle Theorie der Distributionen wurde von ihm perfekt gemeistert.

Prof. Dr. Jean Ruppenthal

Barmenia-Förderpreis:
Bennet Marlon Böddecker, Bachelor of Applied Science

Titel: Qualitätsmaßstäbe für Konfidenz-Kalibrierung und  -Separierung in überwachten Lern-Algorithmen

In seiner Bachelorarbeit untersucht Herr Böddecker die Ursachen dafür, dass Neuronale Netzwerke falsche Wahrscheinlichkeiten dafür angeben, dass sie auf einem gegebenen Datenpunkt richtig funktionieren. In gewisser Weise kann man also sagen, dass neuronale Netze unter anderem dazu neigen, sich zu überschätzen. Dagegen sind neuronale Netze kalibriert, wenn die angegebene Fehlerwahrscheinlichkeit auch der Irrtums-Häufigkeit entspricht.

Woher aber kommt nicht kalibriertes Verhalten? Zu diesem Thema konstruierte Bennet Marlon Böddecker eine Reihe von Beispielen, die zu der besagten Fehleinschätzung der neuronalen Netze oder anderer Algorithmen des maschinellen Lernens führen. Modelle können mit impliziten Wahrscheinlichkeitsannahmen versehen sein, die nicht den Tatsachen entsprechen oder sie können die Geometrie der Datenwolken nicht korrekt abbilden und schließlich könnte es sein, dass zu wenig Daten gesehen wurden und die Modelle 'überfitten'. Der wichtige durch dies Thesis geleistete Beitrag ist die systematische Aufarbeitung der besagten Probleme anhand von neuen und speziell zu diesem Zweck konstruierten Beispielen. Dabei kommen sowohl einfache, als auch hoch komplizierte Modelle wie extremes Gradient Boosting oder tiefe neuronale Netze zum Einsatz. Ebenfalls werden die Beiträge systematisch evaluiert, wie gut die Kalibrierung eingehalten wird, oder gerade eben nicht.

Durch den systematischen Ansatz illustriert Herr Böddecker in seiner Thesis die Ursachen der Fehler der Selbsteinschätzung in der künstlichen Intelligenz.

Prof. Dr. Hanno Gottschalk

Bachelor-Preis der Gesellschaft für Operations Research (GOR) e.V.: 
Lina Landwehr, Bachelor Mathematik

Titel: Interdiction Strategies for Maximum Flow Problems

Die Gesellschaft für Operations Research, die Fachgesellschaft für das wissenschaftliche Gebiet des Operations Research und der mathematischen Optimierung in Deutschland, verbindet die Disziplinen Mathematik, Informatik und Wirtschaftswissenschaften. Mit dem jährlich vergebenen GOR Bachelor-Preis zeichnet die GOR hervorragende Abschlussarbeiten in diesem Bereich aus. Der Preis ist mit einer einjährigen GOR Mitgliedschaft verbunden.

Ich freue mich sehr, den diesjährigen GOR Bachelor-Preis an Frau Lina Landwehr zu überreichen, die für ihre hervorragende Bachelor-Arbeit zu „Interdiction Strategies for Maximum Flow Problems“ ausgezeichnet wird. In ihrer Arbeit geht es darum, Transportflüsse möglichst effizient und kostengünstig zu unterbrechen, zum Beispiel, um illegalen Handel einzuschränken. Frau Landwehr hat den Stand der Forschung kritisch analysiert und an Beispielszenarien die Schwierigkeiten des Problems deutlich gemacht. Einen generischen Branch and Bound Ansatz hat sie durch neue Schranken verbessert. Im Rahmen ihrer Thesis war Frau Landwehr zu einem zehntägigen Gastaufenthalt an der Universität Coimbra in Portugal und hat dort zusammen mit ihrem Zweitbetreuer, Prof. Carlos Fonseca, an der Entwicklung und Implementierung von Lösungsverfahren gearbeitet.

Ich gratuliere herzlich zum GOR Bachelor Preis und wünsche weiterhin ganz viel Erfolg für das Masterstudium.

Prof. Dr. Kathrin Klamroth

Bachelor-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V.:
Paula Denk, Bachelor of Arts Informatik

Titel: Entwicklung von OpenGL-Programmen zur Veranschaulichung prozedualer Modelle für die Vorlesung Bildgenerierung

Nachdem Paula Denk erst im Jahr 2021 im Rahmen des Barmenia-Mathematik-Preises mit einem Förderpreis für Ihren Abschluss im Bachelor Mathematik ausgezeichnet wurde, erhält sie die diesjährige Auszeichnung im Kombinatorischen Bachelor, in dem sie die Teilstudiengänge Informatik und Geschichte belegt hat.

Ihre Bachelorarbeit mit dem Titel „Entwicklung von OpenGL-Programmen zur Veranschaulichung prozeduraler Modelle für die Vorlesung Bildgenerierung“ hat sie im Fach Informatik geschrieben. Die Vorlesung Bildgenerierung behandelt Verfahren zur Erzeugung von Bildern im Rechner – angefangen von einfachen geometrischen Figuren bis hin zu fotorealistischen Darstellungen dreidimensionaler Szenen. Eine besondere Herausforderung stellt dabei natürliches Pflanzenwachstum dar. Eine mögliche Realisierung besteht in der Verwendung von Grammatiken. Die Vorlesung enthielt hierzu bisher die theoretischen Hintergründe und einfache Skizzen.

Frau Denk hat im Rahmen ihrer Abschlussarbeit ein Programm entwickelt, mit dem sich die Effekte viel besser vorführen lassen. Das Pflanzenwachstum auf einer Blumenwiese ist schrittweise animiert, die Darstellung dreidimensional. Durch interaktive Drehung der Szene lässt sich das Ergebnis aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten. Die bisher verwendete recht einfache Grammatik hat sie durch adaptive zufallsgesteuerte Erweiterungen bezüglich Richtung und Länge des Wachstums deutlich verbessert. Das Programm ist bereits im Wintersemester 2021/2022 erstmals in der Vorlesung zum Einsatz gekommen.

Neben hervorragenden Leistungen in ihrem Studium ist Frau Denk auch durch weiteres Engagement in der Fachschaft hervorgetreten. Insbesondere hat sie durch eigenes und von Kommilitonen eingesammeltes Feedback im Rahmen des Bologna-Checks und des Tags des Studiums zu Verbesserungen im Informatik-Teilstudiengang des Kombinatorischen Bachelors beigetragen.

Prof. Dr. Holger Arndt

Bachelor-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V.:
Chamaine Nawrath, Bachelor of Arts Biologie

Titel: Vegetation und Flora auf dem Gelände der Universität Wuppertal (Campus Grifflenberg) mit Schwerpunkt Grünland

Frau Nawrath hat hervorragende Kenntnisse in ihren Fächern Biologie und Mathematik. Dies zeigt sich auch in ihrem Bachelorabschluss, den sie in allen Bereichen mit der Bewertung „sehr gut“ abgeschlossen hat.

Mich beeindruckt, dass Frau Nawrath ein sehr großes Interesse an ihren Fächern hat und sich in ihrem Studium bereits mit sehr vielen Themen intensiv auseinandergesetzt hat, u.a. in Projekten und auch in ihrer Bachelorthesis. Hier zeigt sie, dass sie ihr fachliches Wissen auf wissenschaftliche Fragestellungen anwenden kann. Ihre Bachelorarbeit hat sie im Bereich Botanik geschrieben und hier die Pflanzenarten auf dem Flügelhügel bestimmt. Da sie circa 60 Pflanzenarten gefunden hat, ist durch ihre Arbeit deutlich geworden, dass der „Flügelhügel“ (Campus Grifflenberg) nicht nur ein schöner Aussichtspunkt ist, sondern auch ein schützenwertes Biotop, sogenanntes artenreiches Grünland.

Ich wünsche Frau Nawrath weiterhin viel Freude an den Naturwissenschaften und der Mathematik und dass sie noch auf viele offene Fragen in diesen Bereichen stößt, die ihr Interesse wecken.

Prof.‘in Dr. Gertrud Lohaus

Master-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Lea Janina Debus, Master Physik

Titel: Feldtheoretische Phänomene in der Schule: Ein numerisch-anschaulicher Zugang

Frau Debus’ Masterarbeit trägt den Titel „Feldtheoretische Phänomene in der Schule: Ein numerisch- anschaulicher Zugang”. Der Grundgedanke, der hinter der Arbeit steht, ist es, die weithin vorhandene digitale Kompetenz von Schülerinnen und Schülern zu nutzen, um physikalische Vorgänge mit modernen numerischen Simulationsmethoden anschaulicher, verständlicher und konkret zugänglich zu machen.

Frau Debus spannt dabei einen thematisch extrem weiten Bogen - von den Newton’schen Bewegungsgleichungen bis zum Higgs-Mechanismus der Teilchenphysik - und zeigt dabei beispielhaft, wie verschiedenste Phänomene auf wenigen, einfachen physikalischen Prinzipien beruhen. Gut dokumentierte und einfach nachzuvollziehende Simulationen, teilweise sogar in Tabellenkalkulationen verpackt, um die Einstiegshürde noch weiter zu senken, sorgen für ein “hands on” Verständnis so komplexer physikalischer Phänomene wie dem Higgs-Mechanismus. Ich bin überzeugt davon, dass Frau Debus’ Arbeit dazu beitragen kann, den Physikunterricht aufzuwerten und junge Menschen für das Fach zu begeistern.

PD Dr. Christian Hölbling

Master-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V.:
Florian Brockner, Master Physik 

Titel: Experimentelle Untersuchungen von Prozessen während der laserinduzierten Oberflächenmodifikation von Metallen

Intensive Laserstrahlung kommt in zahlreichen modernen Bearbeitungsverfahren insbesondere von Metallen zur Anwendung. Dazu hat Herr Brockner in seiner Masterarbeit eine neue Apparatur für die Erforschung von Laserpoliturprozessen realisiert.

Unter Verwendung eines Kurzpulslasers lassen sich die Oberflächen von Metallen für eine gewisse Zeitspanne kontrolliert aufschmelzen, so dass Defekte ausheilen und die Oberflächen letztlich geglättet werden können. Die ablaufenden Prozesse sind allerdings von sehr komplexer Natur und hängen stark u.a. von der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts, der Pulsdauer, der Intensität und der Pulsenergie sowie dem zu polierenden Material ab. Hier spielt der Wellenlängen-abhängige Absorptionskoeffizient ebenso eine Rolle wie viele thermodynamische Größen, zum Beispiel die Wärmeleitfähigkeit, die Wärmekapazität und auch Schmelz- und Siedetemperaturen und -drücke. Zur Optimierung und praktischen Anwendbarkeit der Laserpolitur sind deshalb umfassende Kenntnisse und ein tiefes Verständnis der ablaufenden physikalischen Prozesse zwingend notwendig.

Der von Herrn Brockner entwickelte Aufbau zusammen mit der von ihm realisierten, sehr nutzerfreundlichen Steuerungssoftware erlauben die präzise und reproduzierbare Einstellung sowie die Messung wichtiger Parameter der Laserpolitur, und erstmalig lassen sich die Polierprozesse bereits während der Präparation u.a. durch optische und elektrische Messungen verfolgen und beurteilen. Modellrechnungen belegen und unterstützen die Ergebnisse.

Herr Brockner hat eine herausragende Arbeit angefertigt, deren Inhalte, Umfang und Darstellung weit über das übliche Maß hinausgehen. Ich möchte Herrn Florian Brockner und seine Abschlussarbeit deshalb mit voller Überzeugung und ohne Vorbehalte für den Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik & Naturwissenschaften e.V. (VFMN) empfehlen.

Prof. Dr. Dirk Lützenkirchen-Hecht

Staatsexamen-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Patrick Alexander Bahlau, Staatsexamen Lebensmittelchemie

Titel: Sekundäre siRNAs und die Aufnahme von dsRNA im Zuge der RNAi - Charakterisierung der Ptiwi- und Pds-Proteine sowie des Transports von dsRNA durch Chitosan Nanopartikel in Paramecium tetraurelia

Patrick Bahlau studierte Lebensmittelchemie und war der erste Staatsexamenskandidat, der nach der Neu-Etablierung der AG Molekulare Zellbiologie dort seine Zwischenprüfung machen wollte. Schon damals ist er nicht nur deswergen, aber auch wegen seinen hervorragenden Leistungen im Studium positiv aufgefallen. Er blieb diesem Trend treu und absolvierte in der AG auch seine Abschlussarbeit.

Sein Thema war dabei sehr interdisziplinär mit der Schnittmenge aus Chemie, Biologie und Pharmazie, da er sich damit beschäftige, doppelsträngige RNA als Wirkstoff an Zellen und Organismen zu formulieren, u.a. zur Immunisierung gegen Viren. Sehr spannend dabei ist, dass diese dsRNA mit der Nahrung appliziert werden soll. Dazu hat ihn sowohl die Frage der zellulären Aufnahme beschäftigt als auch die „Verpackung“ des Wirkstoffs in Chitosanpartikel; es war eine Herausforderung diese Partikel in Kooperation mit der Biopharmazie und pharmazeutischen Technologie an der Universität des Saarlandes zu synthetisieren und dabei auch die gezielte Freisetzung des Wirkstoffs nach der zellulären Aufnahme zu berücksichtigen. Patrick hat dieses Projekt mit großer Hingabe gemeistert und hat sein großes Wissen auf den Gebieten der Chemie und der Biologie sehr effizient genutzt und kombiniert, um zu Problemlösungen bei diesem komplexen Projekt zu kommen. Die  Forschung unserer AG wird sicherlich langfristig von seinen Ergebnissen profitieren.

Zu Patrick muss man aber an dieser Stelle dazu sagen, dass diese Zusammenarbeit weiterhin von seiner guten Laune geprägt war, welche sich auch gegen Umwelteinflüsse inert erwies und durch eine hohe Persistenz gekennzeichnet ist.

Prof. Dr. Martin Simon

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Frederic Ballaschk

Titel: Oxidation von Alkoholen mit festphasengebundenen Hypervalenten Iod(V)-Verbindungen und Studien zurTotalsynthese von Marinomycin A, B und Harzialacton A“

Frederic Ballaschk begann sein Chemiestudium im April 2013 an der Bergischen Universität Wuppertal. Nach seinen erfolgreichen Abschlüssen in Bachelor und Master of Science im Fach Chemie blieb er an der BUW, um im Arbeitskreis von Prof. Dr. Stefan F. Kirsch seine Promotion durchzuführen. Er leistete exzellente und zukunftsorientierte Forschungsarbeit im Bereich der nachhaltigen Alkoholoxidation mittels festphasengebundener hypervalenter Iod(V)-Verbindungen. Gleichzeitig zeigte er, wie mit iterativen Synthesesequenzen und chiralen Bausteinen erfolgreich und schnell hochkomplexe Polyketid-Naturstoffe mittels Totalsynthese aufgebaut werden können, welche unter anderem antitumor sowie antibiotischen Eigenschaften aufweisen.

Eine schnelle Auffassungsgabe und die Fähigkeit Konzepte zusammenzuführen ermöglichten es Frederic Ballaschk nicht nur in seinen eigenen Forschungsprojekten durchzublicken, sondern gleichzeitig mit Motivation und Enthusiasmus Studierende in Praktika und Seminaren auszubilden.

Im Dezember 2021 absolvierte Frederic Ballaschk seine Promotion und verteidigte seine Dissertation mit Auszeichnung. Seine außergewöhnliche und erfolgreiche Arbeit führte ihn zu einer PostDoc-Stelle in der Industrie.

Prof. Dr. Stefan Kirsch

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Melanie Beudels

Titel: Kohärenz und Vielperspektivität im Sachunterrichtsstudium. Status quo und Wirksamkeit kohärenter, vielperspektivischer universitärer Lehrveranstaltungen sowie Entwicklung von Educative Curriculum Materials

Frau Dr. Melanie Beudels hat sich in ihrer Dissertation mit einem aktuellen Thema zur Lehr-Lernforschung und zur Professionalisierung von Studierenden des Sachunterrichtsstudiums befasst. Aus verschiedenen Studien war bekannt, dass zwei Bedingungen die Ausbildung der Sachunterrichtsstudierenden erschweren: Zum einen studieren sie mit dem Sachunterricht nicht einfach ein Fach, sondern eine Ansammlung aus 7 Disziplinen (Biologie, Chemie, Physik, Technik, Geschichte, Sozialwissenschaften und Geographie), die in fünf Perspektiven zusammengefasst werden und meist nur oberflächlich sein können. Zum anderen und vermutlich auch durch dieses Konstrukt, ist das fachliche Selbstkonzept der Studierenden offensichtlich gering, was sie nicht stark motiviert, sich mit den Inhalten auseinanderzusetzen. Eine kohärente, perspektivvernetzende Ausbildung könnte die schwierigen Bedingungen umgehen, um die Studierenden stärker zu motivieren.

Um zu erforschen, wie einzelne Lehrveranstaltungen die sachunterrichtsbezogene Professionalisierung stärken können, hat Frau Beudels zwei Lehrveranstaltungen entwickelt und durchgeführt, um in einem Mixed-Methods-Ansatz längsschnittlich zu evaluieren, ob die Kohärenz auf verschiedenen Ebenen angebahnt wurde.

Insgesamt konnte sich zeigen, dass es durch integrativ konzipierte und kohärenzsuchende Lehrveranstaltungen gelingen kann, die Effektivität der Ausbildung für Sachunterrichtsstudierende auf mehreren Ebenen zu steigern. Die Untersuchung der Wirksamkeit in Bezug auf kognitive und affektiv-motivationale Dimensionen ergibt gegenüber der Kontrollgruppe eine signifikante Steigerung der kognitiven Fähigkeiten mit großer Effektstärke. Ebenso wird das Fähigkeitsselbstkonzept der Experimentalgruppe deutlich gestärkt besonders in Bezug auf das Experimentieren, was in der Grundschule häufig zu kurz kommt.

Ihre Forschungsergebnisse tragen in erheblichem Maße zum Füllen einiger der Lücken in der Forschung zur perspektivvernetzenden und kohärenten Ausbildung von Sachunterrichtsstudierenden bei. Frau Beudels hat die Scientific Community um acht sehr gute Publikationen bereichert.

Prof.‘in Dr. Angelika Preisfeld

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Robin Chan

Titel: Detecting Anything Overlooked in Semantic Segmentation

Robin Chan studierte Wirtschaftsmathematik im Bachelor und Mathematik im Master an der Bergischen Universität Wuppertal und zeigte schon im Studium seine besondere Fähigkeit zur wissenschaftlichen Arbeit. Durch Praktika bei Siemens Energy und Volkswagen erwarb er darüber hinaus erhebliche Berufserfahrung im HighTech Bereich und insbesondere in der Programmierung anspruchsvoller mathematischer Modelle. Bei Volkswagen Research begann die Forschung von Herrn Chan im Bereich tiefer neuronaler Netze, die er in seiner Masterarbeit mit einem Projekt fortsetzte, bei dem die Anzahl der von einem Bilderkennungsnetzwerk übersehener Fußgänger*innen im Straßenverkehr halbiert werden konnte, ohne die Laufzeit des Netzwerks zu erhöhen.

Diese Forschung setzte Herr Chan in einer Doktorarbeit an der Bergischen Universität fort, bei der es zunächst um die Reduktion von zu fälschlich angezeigten Fußgänger*innen ging und im Anschluss um die Erkennung von unbekannten Objekten, die das neuronale Netzwerk im Training nie gesehen hatte und für die es noch nicht einmal über einen Namen verfügt.

Die von Herrn Chan entwickelten Methoden übertrafen die Leistungsfähigkeit früherer Methoden beträchtlich und werden heute auf internationalen Konferenzen als 'State of the Art' bezeichnet, an denen sich die internationale Community misst. Diese Arbeit konnte beim der International Conference on Computer Vision (ICCV) vorgestellt werden. Für diese Aufgabe gab vor der Arbeit von Herrn Chan eine noch unzureichende Datenbasis, welche durch eine gemeinsame Veröffentlichung von Herrn Chan und Co-Autor*innen auf der führenden Konferenz zu neuronalen Netzen, Neural Information Processing Systems (NeurIPS), durch die Publikation von Datensätzen und die Beschreibung eines Benchmarks erheblich verbessert wurde. Doch die Arbeit von Robin Chan beschränkte sich nicht nur auf technische Fragestellungen: In interdisziplinären Projekten zur Ethik der künstlichen Intelligenz arbeitete er zusammen u.a. mit Philosophen und Psychologinnen.

Herr Dr. Chan setzt seine Karriere mit selbst eingeworbenen Mitteln als KI-Starter des Landes Nordrhein-Westfalen an der Universität Bielefeld fort. Schon jetzt finden die wissenschaftlichen Arbeiten von Herrn Chan in der Computer Vision Community weithin Anklang und wir dürfen auf seine kommenden Resultate sehr gespannt sein!              

Prof. Dr. Hanno Gottschalk

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Markus Geldenhuys

Titel: Improvements to gravity wave physic from an observational perspective

Atmosphärische Schwerewellen sind Schwingungen von Luftmassen um ihren Gleichgewichtszustand, wobei die Schwerkraft als Rückstellkraft fungiert. Schwerewellen tragen wesentlich zum Energie- und Impulstransport in der Atmosphäre bei. Ihre horizontalen Wellenlängen liegen im Bereich von wenigen 10 bis einigen 100 km. Sie werden in Klima- und Wettermodellen durch stark vereinfachte Annahmen berücksichtigt, welche zu relativ großen Unsicherheiten in Vorhersagen führen. Es gibt daher vielfältige Bestrebungen, Schwerewelleneffekte in Modellen realistischer zu berücksichtigen.

Herr Dr. Markus Geldenhuys hat im Rahmen seiner Promotion Pionierarbeit geleistet und einen neuen Anregungsprozess von Schwerewellen entdeckt, der auf einer Wechselwirkung der Orographie (z.B. Bergrücken) mit dem Jetstream beruht (Starkwindband in ca. 10 km Höhe). Seine Analyse beruht auf Fernerkundungsmessungen, die vom deutschen Höhenforschungsflugzeug HALO südlich von Grönland durchgeführt wurden. Die Anregung der Wellen wird durch eine Kompression der Strömung über einem Bergrücken verursacht, die den Jetstream aus dem geostrophischen Gleichgewicht bringt (Balance von Druckgradient und Corioliskraft). Die Widerherstellung des Gleichgewichts erfolgt dann durch das Abstrahlen von Schwerewellen.

Die Doktorarbeit von Herrn Geldenhuys zeigt erstmalig eine Beobachtung dieses Effekts. Das neue Ergebnis wurde in der renommierten Zeitschrift Atmospheric Chemistry and Physics (ACP) veröffentlicht und dort als „Highlight Paper“ eingestuft: Geldenhuys, M., et al.: Orographically induced spontaneous imbalance within the jet causing a large-scale gravity wave event, Atmos. Chem. Phys., 21, 10393–10412, doi.org/10.5194/acp-21-10393-2021, 2021.

Prof. Dr. Martin Riese

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Jan Niklas Illmann

Titel: Kinetic and Mechanistic Investigation at the Atmospheric Oxidation of Selected Partially Oxygenated Hydrocarbons

Herr Dr. Illmann widmet sich in seiner Doktorarbeit der Untersuchung des Abbaus partiell oxigenierter Kohlenwasserstoffe (OVOCs) durch OH Radiale und Ozon. Solche OVOCs kommen in großer Zahl ubiquitär in der unteren Atmosphäre (Troposphäre) vor. Die genaue Untersuchung des Abbaus dieser Verbindungen in der Troposphäre ist sehr wichtig, um ihren Einfluss auf die Bildung sekundärer organischer Aerosole und Ozon zu verstehen. Diese Reaktionsprodukte haben einerseits direkten Einfluss auf die Luftqualität und damit auch auf die durch Luftverunreinigungen verursachten Gesundheitsprobleme andererseits aber auch als „short lived climate species“ einen bislang nicht ausreichend charakterisierten Einfluss auf den Klimawandel.

Hier setzt die Arbeit von Herrn Dr. Illmann an, der mit größtem Engagement ausgewählte Ketone in zwei Simulationsanlagen in der Physikalischen Chemie untersucht hat. Die Fülle der erzielten Ergebnisse ist bemerkenswert und geht weit über das hinaus, was in üblichen Doktorarbeiten aus diesem Bereich zu erwarten ist. So ist es auch nicht verwunderlich, dass ein größerer Teil der Ergebnisse bereits in drei Publikationen in referierten Fachjournalen veröffentlicht wurde.

Die im kumulativen Teil seiner Arbeit vorgestellten Ergebnisse hätten nach meiner Meinung bereits bei weitem für den erfolgreichen Abschluss einer exzellenten Promotion gereicht.

Herr Illmann schließt aber zwei weitere Kapitel in seiner Doktorarbeit an, in denen er die Ozonolyse ausgesuchter α,β-ungesättigter Ketone beschreibt. Ozonolyse-Reaktionen sind extrem komplex und verlaufen über so genannte Criegee-Biradikale, deren Nachweis über Jahre Gegenstand vieler Arbeiten in der Atmosphärenchemie war.

Die von Herrn Dr. Illmann vorgelegte Arbeit belegt in eindrucksvoller Weise sein exzellentes wissenschaftliches Talent und zeigt eindrucksvoll seine Kreativität bei der Lösung aufgetretener Probleme.

Insgesamt ist Herr Illmann bereits jetzt in drei Publikationen als Erstautor und vier weiteren Publikationen als Co-Autor in Erscheinung getreten.

Prof. Dr. Peter Wiesen

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Merle Marie Nicolai

Titel: The Role of Genomic Integrity in Mn-Induced Neurotoxicity – Mechanistic investigations of Mn-induced oxidative stress, DNA damage, DNA repair, and neurodegeneration in two diffrent model systems

Nachdem Frau Merle Marie Nicolai 2018 erfolgreich den Master of Science in “Toxicology” an der Universität Potsdam abschloss, zog sie nach Wuppertal, um im Arbeitskreis von Prof. Dr. Julia Bornhorst zu promovieren. In ihrer exzellenten Forschungsarbeit beschäftigte sich Frau Nicolai mit den Mechanismen, die bei einer Überversorgung mit dem Spurenelement Mangan zu einem Parkinson-ähnlichen, neuronalen Krankheitsbild führen. Frau Nicolai etablierte und validierte im Zuge ihrer wissenschaftlichen Arbeiten diverse neue Methoden, um oxidativen Stress und die genomische Stabilität nach Mangan-Überversorgung zu untersuchen und machte sich zudem zwei unterschiedliche Modellsysteme zu nutzen, den Fadenwurm C. elegans, sowie menschliche neuronale Zellen. Die talentierte und ehrgeizige Promovendin konnte somit zu diversen Fragestellungen der Mangan-induzierten Toxizität wesentlich beitragen, was sich nicht nur in ihrer Dissertation, sondern auch in ihrer beeindruckenden Anzahl an Publikationen und Beiträgen auf Fachtagungen widerspiegelt.

Im Januar 2022 absolvierte Frau Nicolai ihre Promotion und verteidigte mit Auszeichnung. Ihre beeindruckende wissenschaftliche Leistung führte Frau Nicolai auf eine PostDoc-Stelle am renommierten Karolinska Institut in Schweden.

Prof.‘in Dr. Julia Bornhorst

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Christine Polaczek

Titel: Investigation of Ion-Solvent Interactions in Electrospray Ionization Mass Spectrometry

Der Titel dieser Dissertation beschreibt in eher „nüchterner“ Weise das von Frau Polaczek bearbeitete Themengebiet. Der Titel hätte im Grunde sehr viel länger sein müssen, um dem gerecht zu werden, was ihr in den Jahren ihrer Forschungstätigkeit gelungen ist: Ebenso nüchtern ausgedrückt ist das Ergebnis die „Erweiterung des Elektrospray-Ionisations- (ESI) Mechanismus‘ um einen fundamentalen Pfad“. Dieser neue Pfad erklärt eine Reihe von Phänomenen, die in der analytischen Massenspektrometrie (MS) bis dato ohne weitere molekulare Deutung unter den Begriffen „Lösungsmitteleffekt“ und „Ionensuppression“ zusammengefasst wurden.

Die Erkenntnisse, die Frau Polaczek gewonnen hat, sind von großer Bedeutung für die Vertiefung des mechanistischen Verständnisses der ESI Methode(n), ebenso wie für ihre analytische Anwendung, vor allem für die immer bedeutsamer werdenden „nano-ESI“ (nESI) Verfahren. Weiterhin haben die Ergebnisse von Frau Polaczek die Forschungsarbeiten der eigenen Arbeitsgruppe deutlich näher an das gesteckte Ziel gebracht, in den nächsten 5 – 10 Jahren ein belastbares molekulares Modell zu formulieren, das beschreibt, wie ein Molekül, das sich zu Beginn in der flüssigen Phase befindet, als Ion zum Detektor eines Massenspektrometers gelangt – oder aber nicht. Dieses Ziel mag trivial erscheinen: Entweder wird das Ion detektiert, d.h. es ist auf einem der bekannten ESI Pfade aus der Flüssigphase in die Gasphase gelangt und hat den „Weg“ von Atmosphärendruck bis hin zum Hochvakuum des Analysators unverändert überstanden. Oder aber: Es kommt dort nicht oder chemisch verändert an. Es sind gerade die beiden letzten Alternativen, die große Herausforderungen an einen umfassenden ESI Mechanismus stellen.

Frau Polaczek hat  sich dieser sehr komplexen Aufgabe gestellt – und sie mit Brillanz mit zahlreichen experimentellen und theoretischen Methoden bearbeitet. Die Ergebnisse dieser Arbeiten sind sowohl von besonderer Bedeutung für die Fachwelt als auch inhaltlich in einer ausgezeichneten Dissertation von Frau Polaczek zusammengefasst worden.

Prof. Dr. Thorsten Benter

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Damiano Rossi

Titel: Character Triple Conjecture. Towards the inductive condition for Dade´s Conjecture in nondefining characteristic

Die von Damiano Rossi verfasste Dissertation löst wichtige Probleme im Bereich der Darstellungstheorie endlicher Gruppen vom Lie-Typ. Seine Resultate leisten einen entscheidenden Beitrag zu einem endgültigen Beweis der lokal-globalen Vermutungen.

Die lokal-globalen Vermutungen behaupten einen Zusammenhang zwischen der Darstellungstheorie einer endlichen Gruppe G und der Darstellungstheorie ihrer p-lokalen Untergruppen für Primteiler p der Gruppenordnung. Neben Vermutungen von Brauer selbst, handelt es sich hierbei um die Vermutungen von McKay, von Alperin-McKay und die Alperinsche Gewichtsvermutung. Diese sind weitestgehend offen.

Herr Rossi beschreibt verschiedene Charakterkorrespondenzen und nimmt dazu die sogenannte CTC-Bedingung an. Er zeigt, dass p-Blöcke von Gruppen vom Lie-Typ gut anhand von e-Harish-Chandra-Serien beschrieben werden können. Also, dass Lusztigs Resultate und Konstruktionen mittels l-adischer Kohomologie helfen, die von Brauer eingeführten p-Blöcke für endlichen Gruppen vom Lie-Typ zu beschreiben. In seiner Forschung verbindet er gekonnt verschiedene Bereiche der Gruppentheorie (algebraische Gruppen, einfache Gruppen) mit modernsten Methoden der Darstellungstheorie (Blöcke, Charaktertripel).

Prof.‘in Dr. Britta Späth

Promovenden-Preis des Vereins zur Förderung von Mathematik und Naturwissenschaften e.V. (VFMN):
Dr. Nathanael Skrepek

Titel: Linear port-Hamiltonian Systems on Multidimensional Spatial Domains

Herr Skrepek hat im Rahmen des interdisziplinären EU-Forschungsprojekts "ConFlex", welches die Steuerung flexibler Strukturen und Fluid-Struktur-Wechselwirkungen als Thema hat, promoviert. Diese flexiblen Strukturen können mit Hilfe sogenannter partieller Differentialgleichungen mathematisch modelliert werden. Sie besitzen zusätzlich eine port-Hamiltonsche Eigenschaft.

Herr Skrepek hat diese mathematischen Modelle dann unter Benutzung der port-Hamiltonschen Eigenschaft auf Wohlgestelltheit und Stabilität untersucht. So hat er insbesondere für flexible Strukturen im Raum eine allgemeine Lösungstheorie entwickelt. Die von ihm untersuchte Klasse von Systemen umfasst insbesondere schwingende Membranen (beschrieben durch Wellengleichungen) und Gleichungen, die den Zusammenhang von elektrischen und magnetischen Feldern untereinander modellieren (beschrieben durch Maxwell-Gleichungen).

Die erzielten Ergebnisse sind inzwischen in internationalen Zeitschriften publiziert und er hatte bereits die Gelegenheit diese auf internationalen Tagungen vorzustellen. Nach seiner mit der Bestnote "summa cum laude" bewertete Dissertation, folgte Herr Skrepek einer Einladung auf eine Postdoc-Stelle an die Technische Universität Bergakademie Freiberg. Ich freue mich, dass Herr Skrepek für seine Dissertation mit dem VFMN-Preis ausgezeichnet wird.

Lieber Nathanael, ich gratuliere dir ganz herzlich zum VFMN-Preis und wünsche dir alles Gute für deinen weiteren beruflichen und privaten Lebensweg.

Prof.‘in Dr. Birgit Jacob