29.01.2010 Max-Planck-Vortrag Quantenphysik

Physik-Nobelpreisträger ´t Hooft am Bremer Max-Planck-Institut
Max Planck Lectures – eine neue Vortragsreihe

Hochkäratige wissenschaftliche Vorträge für die interessierte Öffentlichkeit, das ist das Ziel, was sich die Bremer Max-Planck-Forscher gesetzt haben. Zum Auftakt der neuen Vortragsreihe am 28. Januar 2010 sprach der Nobelpreisträger Prof. Dr. Gerardus ´t Hooft über das Thema „ The Unique Beauty of the Subatomic Landscape“ im neuen Hörsaal des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie.

Direktor Prof. Dr. Rudolf Amann begrüßte den Nobelpreisträger im vollbesetzten Max-Planck-Hörsaal. „Mancher mag sich fragen, wie ein Physik-Nobelpreisträger hier an unser mikrobiologisches Institut kommt und einen Vortrag über Quantentheorie hält. Eingeladen wurde er von einem früheren Kollegen vom CERN und jetzigen MPI-Gastwissenschaftler Herrn Prof. Dr. Heinz Filthuth. Beide hatten in 70er Jahren des 20. Jahrhunderts sich mit dem beschäftigt, was die Welt im Innersten zusammenhält. Filthuth hatte damals Detektoren für die Elementarteilchen entwickelt, heute sind es Detektoren für die Meeresforschung.“

VLNR: Wissensstand 1969: Die leichten Leptonen wie das Elektron, die schweren Hadronen wie Neutronen und Protonen und die sehr schweren Baryonen. Mitte: 18 Quarks und 18 Antiquarks. Rechts: Wissensstand 2010: Erheblich komplizierter. Die Europäer am CERN wetteifern mit US-Amerikanern am SLAC  in Stanford um den Nachweis des noch fehlenden Higgs-Bosons. (Quelle: ´t Hooft)

Der Niederländer von der Universität Utrecht erklärte in seiner einstündigen Rede die Welt im Inneren der Atome. Theoretische Physiker versuchen, die beobachtbare Welt mit einem mathematischen Modell zu beschreiben. Ende des 19. Jahrhunderts waren sich die Wissenschaftler einig: Ort und Impuls eines Teilchens sind bestimmbar und das Theoriegebäude der Physik steht kurz vor dem krönenden Abschluss. Anfang des 20. Jahrhunderts war es mit diesem Wunschdenken schlagartig vorbei. Das Atommodell von Nils Bohr stand im Widerspruch zu den experimentellen Befunden. Die Forschungen von Max Planck, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg und die Arbeiten von Einstein bildeten die Grundlagen der Quantentheorie.

Mitte des 20.Jahrhunderts waren zu den bekannten Elementarteilchen wie Proton, Neutron und Elektron noch einige dazugekommen. Professor ´t Hooft vergleicht den damaligen Wissensstand aus heutiger Sicht mit einem Bild einer mittelalterlichen Landschaft: Alles war noch sehr übersichtlich. Eine Schwierigkeit war, dass die theoretischen Physiker die Elementarteilchen als punktförmig in ihren Formeln behandeln mussten. Der Verdienst von ´t Hooft und seinem Doktorvater Martin Veltmann war, in den 70er Jahren mit der Renormierung der Quantenfeldtheorie einen Erklärung für die starke und schwache Wechselwirkung gefunden zu haben (Yang-Mills-Theorien). Das sind die Kräfte, die im Atomkern herrschen und die den Kern zusammenhalten. Mit der Entwicklung neuer Teilchenbeschleuniger öffnete sich die Tür zu einem „Zoo“ an neuen Elemetarteilchen wie den Quarks. Der Nobelpreisträger Gell-Mann, der Entdecker der Quarks bewies Humor: Bei diesem seltsamen Namen stand der irische Schriftsteller James Joyce mit einer Textzeile aus Finnegans Wake Pate: „Three quarks for Muster Mark“.
Ursprünglich formulierten die Physiker um Gell-Mann drei Quarks, aus den Neutron, Proton und Elektron zusammengesetzt sind. Jedoch fanden die Forscher mit immer genaueren Messungen an den Teilchenbeschleunigern weitere Quarks. Die Quanten-Chromo-Dynamik beschreibt heute 18 Quarks plus 18 Antiquarks, die nach Farbe(!) unterschieden werden.

Professor ´t Hooft: „Alle vier grundlegenden Kräfte in einem Modell zu vereinen ist das Ziel. Es sind die Gravitation, die starke und schwache Wechselwirkung und die elektromagnetische Kraft. Die Physiker hoffen jetzt mit dem größten Teilchenbeschleuniger, dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN, das von der theoretischen Physik postulierte Higgs-Boson nachweisen zu können. “ Heute weiß man, dass alle Materie und damit auch alle Lebewesen aus diskret zusammengesetzten Teilchen bestehen, die den Quantengesetzen unterliegen.

Zum Schluss beruhigte Professor ´t Hooft die anwesenden Mikrobiologen: „Ob wir an einem weiteren Durchbruch wie Anfang des zwanzigsten Jahrhundert stehen, ist offen. Allerdings werden wir mit unseren Modellen niemals das Verhalten von Mikroorganismen vorhersagen können.“


Manfred Schlösser

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Dr. Manfred Schlösser
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