Brücke zwischen Stringtheorie und Festkörperphysik geschlagen

Nachwuchswissenschaftler des Albert-Einstein-Instituts erhalten Publikationspreis.

12. März 2010

Der mit 500 Euro dotierte Preis für die beste Publikation von Nachwuchswissenschaftlern im Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (JSTAT) für das Jahr 2008 geht an drei junge Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein- Institut, AEI). Im prämierten Artikel werden verblüffende Eigenschaften der Stringtheorie untersucht, die bislang Modellen der Festkörperphysik und des Magnetismus vorbehalten waren. Zitat der Jury: „[...] The work makes several important steps in the development of this theory. [...]“

Florian Loebbert, Till Bargheer, Niklas Beisert (v.l.n.r.)

Das Journal of Statistical Mechanics vergibt den Publikationspreis jährlich. Voraussetzung für eine erfolgreiche Bewerbung ist nicht nur ein exzellenter wissenschaftlicher Artikel, sondern auch dass die Promotion aller beteiligten Autoren nicht länger als fünf Jahre zurück liegt. Dr. Niklas Beisert, Leiter einer Max-Planck-Forschungsgruppe am AEI, sowie seine Doktoranden Till Bargheer und Florian Loebbert freuen sich über die Auszeichnung und die Würdigung ihrer Forschungsarbeit.

Auf der Suche nach einer vereinheitlichten Theorie: Dualität von Quantenfeld- und Gravitationstheorie

In der physikalischen Beschreibung der Natur unterscheidet man vier fundamentale Kräfte: Die elektromagnetische Kraft, die starke und schwache Kernkraft, sowie die Gravitation. Die ersten drei dieser vier Kräfte werden im Rahmen der theoretischen Physik durch sogenannte Quantenfeldtheorien beschrieben; die Gravitationskraft hingegen durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Eine mögliche Vereinigung dieser beiden Theorienklassen und damit die Erklärung der physikalischen Naturgesetze aus einem einheitlichen Prinzip heraus ist eines der größten offenen Probleme der modernen Physik. Seit einigen Jahren wird an vielen wissenschaftlichen Instituten der Welt an einer sogenannten Dualität zwischen bestimmten Quantenfeld- und Gravitationstheorien geforscht. Es wird vermutet, dass spezielle Quantenfeldtheorien sich auf Gravitationstheorien bzw. Stringtheorien in einer bestimmten Raumzeitkonfiguration exakt abbilden lassen. Das heißt, dass beide Theorien in dieser besonderen Konfiguration genau dasselbe beschreiben, also dual sind. Diese Vermutung hat großes Potential, zum Verständnis einer möglichen vereinheitlichten Theorie beizutragen.

In der Max-Planck-Forschungsgruppe „Dualität und Integrable Strukturen" am Albert-Einstein-Institut, der die drei ausgezeichneten Forscher angehören, werden die mathematischen Strukturen dieser dualen Theorien erforscht. Die zugrundeliegenden Modelle beruhen auf Verallgemeinerungen bekannter Methoden aus der Festkörperphysik. Insbesondere wird eine sehr hilfreiche Eigenschaft der an der Dualität beteiligten Theorien untersucht, die sogenannte Integrabilität. Integrabilität bedeutet, dass es in den Theorien neben der Energie und dem Impuls noch viele weitere Größen (Ladungen) gibt, die in physikalischen Prozessen erhalten bleiben. Die Bestimmung des Energiespektrums und physikalischer Prozesse wird durch diese Ladungen extrem vereinfacht und in vielen Fällen werden konkrete Berechnungen überhaupt erst ermöglicht.

Die prämierte Forschung befasst sich mit dieser Ladungserhaltung. Es wurde gezeigt, wie man erhaltene Größen rekursiv erzeugen, also komplexe Ladungen aus einfachen Ladungen generieren kann, wobei deren spezielle Eigenschaften erhalten bleiben. Insbesondere beweist diese Konstruktion, dass die integrablen Strukturen, die in diesem Gebiet bereits seit einigen Jahren erfolgreich eingesetzt werden, überhaupt mathematisch konsistent definiert werden können.

Till Bargheer (geb. 1980) studierte Physik an der Universität Kiel. Nach einem Studienaufenthalt an der Princeton University nahm er 2008 seine Promotion unter der Betreuung von Dr. Niklas Beisert am AEI auf.

Dr. Niklas Beisert (geb. 1977) war nach Physikstudium an der Technischen Universität München und Promotion am Albert-Einstein-Institut (2004) zunächst als Dozent, dann als Assistant Professor an der Princeton University tätig. Seit August 2006 leitet er die Max-Planck-Forschungsgruppe „Dualität und Integrable Strukturen“ am AEI.

2005 erhielt Beisert die Otto-Hahn-Medaille. Mit dieser Medaille zeichnet die Max-Planck- Gesellschaft jedes Jahr junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für herausragende wissenschaftliche Leistungen aus. 2007 wurde er für seine Beiträge zum besseren Verständnis einer vierdimensionalen Quantenfeldtheorie mit der Gribov-Medaille der European Physical Society ausgezeichnet.

Florian Loebbert (geb. 1983) studierte an der Universität Köln und der University of Cambridge Physik und promoviert seit 2007 unter der Betreuung von Dr. Niklas Beisert am AEI.

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