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
Max-Planck-In­sti­tut für Ma­ri­ne Mi­kro­bio­lo­gie
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