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DESY gratuliert David Gross, David Politzer und Frank Wilczek – den diesjährigen Nobelpreisträgern
"Die Gemeinschaft der DESY-Physiker gratuliert den diesjährigen Nobelpreisträgern David Gross, David Politzer und Frank Wilczek," kommentiert Robert Klanner, Forschungsdirektor des Helmholtz-Zentrums DESY, das Ereignis. "Der Nobelpreis würdigt eine bahnbrechende Entdeckung auf dem Weg zu der umfassenden Theorie für die Starke Kraft. DESY freut sich besonders darüber, da die Wissenschaftler an den DESY-Beschleunigern PETRA und HERA nicht nur die von Gross, Politzer und Wilczek 1973 gemachten Vorhersagen experimentell bestätigen konnten, sondern auch unerwartete neue Einzelheiten zur Theorie der Starken Kraft entdeckten", so Klanner weiter.
So beginnt Frank Wilczek seine im Internet veröffentlichte und mit kurzen Kommentaren versehene Publikationsliste mit den drei 1973 und 1974 erschienenen Veröffentlichungen zur Theorie der Starken Kraft und schreibt in seinem Kommentar: "… Der aufregendste Test, dass Protonen, wenn sie mit immer besserer Auflösung angesehen werden, mehr und mehr als Feldenergie ("weiche" Gluonen) erscheinen, wurde erst zwanzig Jahre später an HERA eindeutig verifiziert".
Abb. 1
Das Innenleben des Protons – eine "dicke Suppe" aus Quarks und Gluonen.
Die Entdeckung der "asymptotischen Freiheit in der Theorie der starken Wechselwirkung", für die der Nobelpreis jetzt verliehen wurde, ist ganz wesentlich für unser Verständnis der Kraft, die die Quarks in den Protonen und Neutronen und diese in den Atomkernen zusammenhält. Gross, Politzer und Wilczek fanden heraus, dass diese Kraft, die von der Quantenchromodynamik (QCD) beschrieben wird, immer schwächer wird, je kleiner die Abstände, beziehungsweise je höher die Energien werden. So konnten sie erklären, warum die Quarks im Proton sich bei hohen Energien fast wie freie Teilchen verhalten und sagten voraus, dass Protonen, sobald sie bei kleinsten Abständen untersucht werden, wie eine "dicke Suppe" aus Quarks, Antiquarks und Gluonen – den Wechselwirkungsteilchen der Starken Kraft – aussehen.
Die Erforschung der QCD ist ein Schwerpunkt im Teilchenphysikprogramm des Forschungszentrums DESY in Hamburg. Hier standen und stehen den Wissenschaftlern die Beschleunigeranlagen PETRA (1978-1984, Elektron-Positron-Kollisionen) und HERA (seit 1992, Elektron/Positron-Proton-Kollisionen) zur Verfügung. In einzigartiger Weise wurden in den Experimenten viele Vorhersagen der Theorie auf den Prüfstand gestellt und bestätigt. Drei herausragende Beispiele sind: Im Jahr 1979 wurde das Gluon am Speicherring PETRA entdeckt. Mit der Inbetriebnahme des "Super-Elektronenmikroskops" HERA stand zum ersten Mal eine Anlage zur Verfügung, die es den Physikern erlaubte, so tief in das Proton zu schauen, dass sie die von den Nobelpreisträgern vorhergesagte "dicke Quark-Suppe" fanden. Und an HERA konnten sie präzise messen, auf welche Weise die Starke Kraft bei hohen Energien immer schwächer wird.
Abb. 2
Der Plot für Experten zeigt die experimentelle Bestätigung der “asymptotischen Freiheit in der Theorie der starken Wechselwirkung” – jener Entdeckung, für die der diesjährige Physik-Nobelpreis verliehen wurde. Gezeigt sind Ergebnisse der HERA-Experimente H1 und ZEUS, die direkt die “asymptotische Freiheit” beweisen: Die Stärke der Starken Kraft (ausgedrückt als starke Kopplungskonstante alpha-S) nimmt mit wachsender Energieskala ab.
Die Theorie der Starken Kraft ist von ausgesprochener Schönheit. Auch wenn sie täuschend einfach aussieht, ist sie eine unglaublich reichhaltige Theorie, die viele komplexe Phänomenen vorhersagt. Selbst nach mehr als 30 Jahren intensiver Arbeit ist die Teilchenphysik weit davon entfernt, die Starke Kraft vollständig zu verstehen, und die Forschungen an HERA bringen weiterhin viele neue und überraschende Rätsel zum Vorschein. Der diesjährige Physik-Nobelpreis würdigt die Bedeutung der Untersuchung der Starken Kraft – der komplexesten der fundamentalen Kräfte.
