Quarks und Gluonen sind die fundamentalen Teilchen der starken Wechselwirkung. Im Gegensatz zu allen anderen Elementarteilchen des Standardmodells sind sie für uns jedoch nicht frei beobachtbar. Sie sind immer in zusammengesetzten Teilchen, sogenannten Hadronen eingesperrt. Die Hadronenphysik befasst sich mit der Frage, wie sich die Eigenschaften von Hadronen wie Protonen, Neutronen oder Pionen aus den Wechselwirkungen der Quarks und Gluonen untereinander erklären lassen. Protonen und Neutronen wiederum bilden Atomkerne, die den weitaus größten Teil der Masse unseres sichtbaren Universums ausmachen. Zur Entstehung der Elemente gibt es noch viele ungelöste Fragen, denen sich die Kernphysik widmet. Bei sehr hohen Energiedichten, wie sie wenige Mikrosekunden nach dem Urknall existierten, oder extremen Drücken bilden Quarks und Gluonen für kurze Zeit einen neuen Materiezustand, ein sogennantes Quark-Gluon-Plasma, dessen Eigenschaften die Schwerionenphysik untersucht. Unsere Forschung trägt dazu bei, die Entwicklung des Universums seit dem Urknall besser zu verstehen: die Entstehung der Elemente in Sternen, die Geburt von Neutronensternen, die Erzeugung von Masse aus nahezu masselosen Quarks.

Der Fortschritt auf diesem Gebiet ist eng mit neuesten Entwicklungen in der Beschleuniger- und Detektortechnologie sowie der effizienten Nutzung von Hochleistungsrechnern verbunden. Die gesellschaftliche Relevanz der Hadronen- und Kernphysik reicht jedoch weit über die Grundlagenforschung hinaus. So finden die Methoden breite Anwendung in der Medizintechnik, der Materialforschung, der Bildgebung, der Mikroelektronik und Datenverarbeitung und vielen anderen Bereichen.