Το πείραμα CAST (CERN Axion Solar Telescope) ερευνά την ύπαρξη ηλιακών αξιονίων (solar axions). Χρησιμοποιείται ένας υπεραγώγιμος μαγνήτης μήκους 10 μέτρων και μαγνητικού πεδίου 9 Tesla. Υπό την επίδραση του πεδίου τα ηλιακά αξιόνια μπορούν να μετατραπούν σε φωτόνια και να ανιχνευθούν από κατάλληλους ανιχνευτές. Το πείραμα CAST έχει ήδη βελτιώσει σχεδόν κατά μια τάξη μεγέθους τα πειραματικά όρια και έχει ξεπεράσει σε ακρίβεια τα όρια που προκύπτουν από αστροφυσικές παρατηρήσεις. Οι μετρήσεις του CAST θα συνεχιστούν μέχρι και το έτος 2010.

Η Θερμοφωταύγεια και η Οπτικώς Προτρεπόμενη Φωταύγεια είναι δύο βασικά φαινόμενα πού επιτρέπουν την μελέτη των ενεργειακών σταθμών μεγάλου χρόνου ημιζωής κρυσταλλικών υλικών. Περαιτέρω, βρίσκουν εκτεταμένες εφαρμογές στην Δοσιμετρία ιονιζουσών ακτινοβολιών και την Αρχαιομετρία σε χρονολογήσεις και ελέγχους αυθεντικότητας.

Η αλληλεπίδραση των κοσμικών σωματιδίων με την ατμόσφαιρα δίνει ένα πλήθος δευτερογενών σωματιδίων (μιόνια, γάμμα, νετρόνια, νετρίνα,…), τα οποία μπορούν να καταμετρηθούν από επίγειες διατάξεις ανιχνευτών στοιχειωδών σωματιδίων. Η αλληλεπίδραση των πολύ μεγάλης ενέργειας κοσμικών σωματιδίων με την ατμόσφαιρα, δίνει τους Εκτεταμένους Ατμοσφαιρικούς Καταιγισμούς σωματιδίων, η ανίχνευση των οποίων βρίσκεται στην αιχμή της έρευνας παγκοσμίως, με την εγκατάσταση μεγάλων δικτύων ανιχνευτών.

Η ομάδα Φυσικής Υψηλών Ενεργειών του ΑΠΘ στο Πείραμα ATLAS, στον Μεγάλο Συγκρουστήρα Αδρονίων (Large Hadron Collider -LHC) στο CERN έχει κατασκευάσει και ελέγξει μέρος του Φασματομέτρου Μιονίων του πειράματος. Η ομάδα έχει αναπτύξει την μεθοδολογία κατασκευής ανιχνευτών ιονιστικής ακτινοβολίας σε εργαστηριακές εγκαταστάσεις διεθνών προδιαγραφών και διαθέτει τις απαραίτητες πειραματικές διατάξεις και λογισμικό για τον έλεγχο λειτουργίας των ανιχνευτών με κοσμική ακτινοβολία. Επίσης ανάπτυξε πυλωτικό υπολογιστικό κόμβο τεχνολογίας GRID για την ανάλυση, διακίνηση και αποθήκευση δεδομένων. Σήμερα η ομάδα αναπτύσει μεθόδους ανάλυσης δεδομένων και το απαραίτητο λογισμικό για την μελέτη των αλληλεπιδράσεων των στοιχειωδών σωματιδίων στο Πείραμα ATLAS.

Αφορά τα πειράματα καύσης πυρηνικής καταλοίπων, όπως ²³⁷Np, ²³⁹Pu, ¹²⁹I, ²⁴¹Am, με διαφορετικές διατάξεις πηγών θρυμματισμού. Γίνονται επίσης μετρήσεις του φάσματος και της κατανομής των νετρονίων και πρωτονίων που παράγονται απο την εκάτοτε πηγή θρυμματισμού με σκοπό τον σχεδιασμό της πιο αποδοτικής διάταξης.Τα πειράματα πραγματοποιούνται στο εργαστήριο Υψηλών Ενερεγιών στην Dubna της Ρωσίας σε συνεργασία με ερευνητικές ομάδες από την Ευρώπη και την πρώην Σοβιετική Ένωση.

Παραγωγή δέσμης νετρονίων, χαμηλών και υψηλών ενεργειών, από επιταχυντή πρωτονίων. Μελέτη των ενεργών διατομών αντιδράσεων (n,γ), (n,α), (n,p) και (n, fission). Μέτρηση της δόσης από τα νετρόνια και την ακτινοβολία γ.

Ραδιενέργεια περιβάλλοντος: Ατμόσφαιρα, Υδάτινο περιβάλλον, Χερσαίο περιβάλλον. Ραδόνιο: Εσωτερικών χώρων (Indoors), Εξωτερικών χώρων (Outdoors), Κατοικιών, Σπηλαίων. Πρόδρομο φαινόμενο στην πρόβλεψη σεισμών. Ραδιενεργά Αεροσώλς. Ραδιενέργεια από πυρηνικά ατυχήματα (Fallout): Περίπτωση ατυχήματος του Chernobyl. Ραδιενέργεια από την δράση της Κοσμικής Ακτινοβολίας: Βηρρύλιο-7. Ραδιενέργεια Καρστικών Συστημάτων και Θερμών Πηγών. Ραδιενέργεια από την δραστηριότητα Ατμοηλεκτρικών Σταθμών (ΑΗΣ), Βιομηχανία Επεξεργασίας Φωσφορικών, Βιομηχανία Οικοδομικών Υλικών. Ραδιο-οικολογία: Ραδιενέργεια Βιοδεικτών.

Δραστηριότητες για την ανάπτυξη συστήματος PET. Μελέτη της εξαΰλωσης ποζιτρονίων στην ύλη. Ενεργειακή διαπλάτυνση Doppler της γραμμής των 511 keV (2-γ εξαΰλωση). Εξαΰλωση Ps με τρία φωτόνια. Χρόνος ζωής των ποζιτρονίων σε μέταλλα, άμορφα κράματα, πυρίτιο, υπεραγωγούς υψηλής θερμοκρασίας.