Vom Elementarteilchen zum Planeten
18. Dezember 2007
Die Graduiertenschule "Fundamentale Physik" an der Heidelberger Ruprecht-Karls Universität verbindet universitätsübergreifend physikalische und astronomische Disziplinen – Die Bildung von Sternen und Planeten kann erst dann verstanden werden, wenn bekannt ist, wie sich Moleküle im interstellaren Raum bilden.
Die Zeiten, in denen Isaac Newton oder Albert Einstein scheinbar im Alleingang grundlegende physikalische Gesetze entdeckten, sind wohl vorüber. Die großen Fragen der heutigen Physik, wie etwa die nach der Art der dunklen Materie und dunklen Energie, lassen sich nur durch die Zusammenarbeit von früher getrennten physikalischen Disziplinen lösen. Denn längst ist deutlich geworden, dass die Physik des Universums, der Elementarteilchen und der komplexen Quantensysteme in ihren Grundlagen und Methoden eng zusammengehören.
An der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg wird diese Zusammenarbeit der physikalischen und astronomischen Disziplinen in der bei der ersten Runde der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder im Herbst 2006 genehmigten Graduiertenschule "Fundamentale Physik" bei der Doktorandenausbildung vorangetrieben, indem diese drei Bereiche der Physik die Säulen der Schule bilden. Die Graduiertenschule ist jedoch nicht nur auf die physikalischen Institute der Ruperto Carola begrenzt, sondern bindet auch die Heidelberger Max-Planck-Institute für Astronomie und Kernphysik mit ein, wodurch ein universitätsübergreifendes Netzwerk entsteht. In der Tat stellt die bereits zuvor bestehende "International Max-Planck-Research-School for Astronomy and Cosmic Physics" einen unabhängigen Teil der Graduiertenschule dar.
Dabei kommen aus zunächst rein astronomischen und kosmologischen Themen Fragestellungen, die vielfältige Verbindungen quer durch die Physik schaffen. "So lässt sich die Bildung von Sternen und Planeten erst dann verstehen, wenn bekannt ist, wie Moleküle im interstellaren Raum gebildet werden können", zeigt Professor Peter Schmelcher, Sprecher der Graduiertenschule, die komplexen Zusammenhänge auf. Zudem hängt die Struktur der Galaxien und ihre Entwicklung sehr davon ab, welche Eigenschaften die hypothetischen Elementarteilchen besitzen, aus denen vermutlich die dunkle Materie zusammengesetzt ist. Den gemeinsamen Ausgangspunkt bildet dabei die Entwicklung des Universums kurz nach dem Urknall. Denn der Zustand der Materie im sehr frühen Universum, also nur wenige Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall, ähnelt dem, der zukünftig in den größten Beschleunigeranlagen erzeugt werden kann.
Teilchenphysik und Kosmologie stehen mit der baldigen Fertigstellung des größten Teilchenbeschleunigers der Welt, dem Large-Hadron-Collider (LHC) am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf am Beginn einer neuen Ära. Da bietet die Heidelberger Graduiertenschule "Fundamentale Physik" geradezu ein ideales Umfeld, da sich die Doktoranden einerseits an Forschungsprojekten im Aufbau und an der Durchführung solcher Experimente aktiv beteiligen können, andererseits wird durch die Veranstaltung von Workshops und die Einladung einer Vielzahl hochkarätiger Gäste der wissenschaftliche Austausch zwischen Theorie und Experiment insbesondere im Grenzbereich zwischen den beiden Gebieten gefördert.
Beispiele hierfür sind die Ausrichtung des 31. Johns-Hopkins-Workshops zum Schwerpunkt LHC-Physik ("Physics at the LHC – Challenge for Theory and Experiment) sowie die "XIX Graduate Days" Vorlesungen im Oktober 2007, für die die Graduiertenschule einen herausragenden Sprecher aus Princeton zu Fragen der Kosmologie gewinnen konnte. Weiterhin hat die Graduiertenschule die Einrichtung zweier Nachwuchsgruppen im Bereich Teilchenphysik und Kosmologie veranlasst. Eine der Nachwuchsgruppen wird im Bereich der experimentellen Teilchenphysik arbeiten und sich speziell mit der Suche nach supersymmetrischen Teilchen am LHC befassen. Die andere Arbeitsgruppe ist an der Theoretischen Physik angesiedelt und beschäftigt sich mit den optischen Eigenschaften des Quantenvakuums.
Gerade die Quantenphysik stellt einen wichtigen Schlüsselbaustein für die Forschung der Zukunft dar. Seit ungefähr 100 Jahren weiß man, dass kleine Teilchen, wie beispielsweise Atome, sich anders verhalten als Golfbälle. Die Bewegungen der Teilchen folgen nicht mehr klassischen Gesetzen, wie sie von Newton aufgestellt wurden, sondern werden durch eine "neue" Theorie, die Quantenmechanik, beschrieben. Das grundlegend Neue daran ist, dass einem Teilchen auch eine Welle zugeordnet werden muss. "Besonders bei den Temperaturen nahe dem absoluten Tiefstpunkt von –273,15 Grad Celsius dominiert der Wellencharakter der Teilchen", erläutert Peter Schmelcher. Die theoretischen Überlegungen zur Quantenphysik lassen sich in Heidelberg direkt im Experiment am Kirchhoff-Institut für Physik, wo man sich mit ultrakalten Gasen bestens auskennt, überprüfen. So umspannt die Heidelberger Graduiertenschule für Fundamentale Physik die Beobachtungen der Astronomen, die daraus folgenden theoretischen Überlegungen und die Experimente bei niedrigsten und höchsten Temperaturen. Ein wahrlich attraktives Angebot, das sehr gerne angenommen wird, was sich an den zahlreichen vor allem internationalen Bewerbungen für die verschiedenen Promotionsstellen widerspiegelt.
Rückfragen bitte an:
Professor Dr. Peter Schmelcher
Theoretische Chemie
Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 229
69120 Heidelberg
Tel. 6221-545208
peter.schmelcher@pci.uni-heidelberg.de
Allgemeine Rückfragen von Journalisten auch an:
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221-542310
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
Irene Thewalt
Tel. 06221-542311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de
An der Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg wird diese Zusammenarbeit der physikalischen und astronomischen Disziplinen in der bei der ersten Runde der Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder im Herbst 2006 genehmigten Graduiertenschule "Fundamentale Physik" bei der Doktorandenausbildung vorangetrieben, indem diese drei Bereiche der Physik die Säulen der Schule bilden. Die Graduiertenschule ist jedoch nicht nur auf die physikalischen Institute der Ruperto Carola begrenzt, sondern bindet auch die Heidelberger Max-Planck-Institute für Astronomie und Kernphysik mit ein, wodurch ein universitätsübergreifendes Netzwerk entsteht. In der Tat stellt die bereits zuvor bestehende "International Max-Planck-Research-School for Astronomy and Cosmic Physics" einen unabhängigen Teil der Graduiertenschule dar.
Dabei kommen aus zunächst rein astronomischen und kosmologischen Themen Fragestellungen, die vielfältige Verbindungen quer durch die Physik schaffen. "So lässt sich die Bildung von Sternen und Planeten erst dann verstehen, wenn bekannt ist, wie Moleküle im interstellaren Raum gebildet werden können", zeigt Professor Peter Schmelcher, Sprecher der Graduiertenschule, die komplexen Zusammenhänge auf. Zudem hängt die Struktur der Galaxien und ihre Entwicklung sehr davon ab, welche Eigenschaften die hypothetischen Elementarteilchen besitzen, aus denen vermutlich die dunkle Materie zusammengesetzt ist. Den gemeinsamen Ausgangspunkt bildet dabei die Entwicklung des Universums kurz nach dem Urknall. Denn der Zustand der Materie im sehr frühen Universum, also nur wenige Bruchteile von Sekunden nach dem Urknall, ähnelt dem, der zukünftig in den größten Beschleunigeranlagen erzeugt werden kann.
Teilchenphysik und Kosmologie stehen mit der baldigen Fertigstellung des größten Teilchenbeschleunigers der Welt, dem Large-Hadron-Collider (LHC) am europäischen Forschungszentrum CERN in Genf am Beginn einer neuen Ära. Da bietet die Heidelberger Graduiertenschule "Fundamentale Physik" geradezu ein ideales Umfeld, da sich die Doktoranden einerseits an Forschungsprojekten im Aufbau und an der Durchführung solcher Experimente aktiv beteiligen können, andererseits wird durch die Veranstaltung von Workshops und die Einladung einer Vielzahl hochkarätiger Gäste der wissenschaftliche Austausch zwischen Theorie und Experiment insbesondere im Grenzbereich zwischen den beiden Gebieten gefördert.
Beispiele hierfür sind die Ausrichtung des 31. Johns-Hopkins-Workshops zum Schwerpunkt LHC-Physik ("Physics at the LHC – Challenge for Theory and Experiment) sowie die "XIX Graduate Days" Vorlesungen im Oktober 2007, für die die Graduiertenschule einen herausragenden Sprecher aus Princeton zu Fragen der Kosmologie gewinnen konnte. Weiterhin hat die Graduiertenschule die Einrichtung zweier Nachwuchsgruppen im Bereich Teilchenphysik und Kosmologie veranlasst. Eine der Nachwuchsgruppen wird im Bereich der experimentellen Teilchenphysik arbeiten und sich speziell mit der Suche nach supersymmetrischen Teilchen am LHC befassen. Die andere Arbeitsgruppe ist an der Theoretischen Physik angesiedelt und beschäftigt sich mit den optischen Eigenschaften des Quantenvakuums.
Gerade die Quantenphysik stellt einen wichtigen Schlüsselbaustein für die Forschung der Zukunft dar. Seit ungefähr 100 Jahren weiß man, dass kleine Teilchen, wie beispielsweise Atome, sich anders verhalten als Golfbälle. Die Bewegungen der Teilchen folgen nicht mehr klassischen Gesetzen, wie sie von Newton aufgestellt wurden, sondern werden durch eine "neue" Theorie, die Quantenmechanik, beschrieben. Das grundlegend Neue daran ist, dass einem Teilchen auch eine Welle zugeordnet werden muss. "Besonders bei den Temperaturen nahe dem absoluten Tiefstpunkt von –273,15 Grad Celsius dominiert der Wellencharakter der Teilchen", erläutert Peter Schmelcher. Die theoretischen Überlegungen zur Quantenphysik lassen sich in Heidelberg direkt im Experiment am Kirchhoff-Institut für Physik, wo man sich mit ultrakalten Gasen bestens auskennt, überprüfen. So umspannt die Heidelberger Graduiertenschule für Fundamentale Physik die Beobachtungen der Astronomen, die daraus folgenden theoretischen Überlegungen und die Experimente bei niedrigsten und höchsten Temperaturen. Ein wahrlich attraktives Angebot, das sehr gerne angenommen wird, was sich an den zahlreichen vor allem internationalen Bewerbungen für die verschiedenen Promotionsstellen widerspiegelt.
Stefan Zeeh
Rückfragen bitte an:
Professor Dr. Peter Schmelcher
Theoretische Chemie
Universität Heidelberg
Im Neuenheimer Feld 229
69120 Heidelberg
Tel. 6221-545208
peter.schmelcher@pci.uni-heidelberg.de
Allgemeine Rückfragen von Journalisten auch an:
Dr. Michael Schwarz
Pressesprecher der Universität Heidelberg
Tel. 06221-542310
michael.schwarz@rektorat.uni-heidelberg.de
Irene Thewalt
Tel. 06221-542311
presse@rektorat.uni-heidelberg.de
Seitenbearbeiter:
Email
