Die Königliche Schwedische Akademie der Wissenschaften hat beschlossen, den Nobelpreis des Jahres 2004 in Physik zu verleihen an David J. Gross H. David Politzer Frank Wilczek für die Entdeckung der asymptotischen Freiheit in der Theorie der starken Wechselwirkung.
Die "starke Wechselwirkung" ist verantwortlich für den Einschluss von Quarks in Nukleonen und der starken Bindung von Nukleonen untereinander in den Atomkernen. Sie hat aber die bemerkenswerte Eigenschaft, dass bei wirklich hohen Energien, wie sie erst in Teilchenbeschleunigern erreicht wird, die Stärke der Wechselwirkung durch subtile Quanteneffekte allmählich abnimmt. Dies ist insofern bedeutsam, als man bei hohen Energien dann die sonst nicht direkt nachweisbaren Quarks und Gluonen gewissermaßen voneinander getrennt beobachten kann, obwohl sie als freie Teilchen eigentlich nicht existieren. Für die theoretische Physik war die Entdeckung der asymptotischen Freiheit allerdings viel mehr als das. Die Quantenfeldtheorien, die keine asymptotische Freiheit haben, sind, wie der russische Physiker Landau in den 50er Jahren des vorigen Jahrhunderts gezeigt hatte, mathematisch inkonsistent, und man glaubte lange Zeit, dass nur asymptotisch nicht-freie Theorien möglich wären. Die Entdeckung der asymptotischen Freiheit in einer ganzen Klasse von Wechselwirkungen war ein bedeutsamer Durchbruch, und in der starken Wechselwirkung konnten damit auch unmittelbar merkwürdige Eigenschaften in der Substruktur von sogenannten Hadronen verstanden werden.
Wer nun allerdings der eigentliche Entdecker der asymptotischen Freiheit ist, ist gar keine so eindeutige Sache, wie eine Auszeichnung mit dem Nobelpreis nahelegt. Der holländische Physiker Gerard 't Hooft zum Beispiel schreibt über die berühmten Arbeiten von Gross, Politzer und Wilczek, dass er, als er von diesen Arbeiten erfuhr, überrascht gewesen sei, aber nicht über deren Ergebnis, denn das habe er schon gekannt, sondern über das Aufsehen, das diese Physiker damit erregten. Er hatte die entsprechenden Rechnungen nämlich schon selber durchgeführt, aber nicht als separates Ergebnis veröffentlicht (obwohl ihm ein Fachkollege, der deutsche Physiker Symanzik, schon früher dazu dringlich geraten hatte). Das Nobelpreiskommittee kann aber über diese Sache insofern gelassen hinwegsehen, als 't Hooft schon 1999 den Nobelpreis für Physik bekam, und zwar für damit im engen Zusammenhang stehende Arbeiten. Etwas tragischer ist, dass ein paar Jahre vor 't Hooft und den diesjährigen Nobelpreisträgern der russische Physiker Khriplovich die entsprechende Rechnung auch schon durchgeführt hatte, aber die Bedeutung des ungewöhnlichen Vorzeichens vor dem (völlig richtigen) Ergebnis nicht erkannt hatte. Das Resultat wurde zwar veröffentlicht, aber die revolutionäre Signifikanz von niemanden, auch von seinem Autor nicht, registriert.
Mit der asymptotischen Freiheit konnte insbesondere erstmals eine konsistente Theorie der Wechselwirkung zwischen Quarks und Gluonen aufgestellt, und damit das gegenwärtige Standardmodell komplettiert werden. Alles wartet nun darauf, dass neue Experimente neuartige Wechselwirkungen zu Tage fördern, die die Suche nach einer Großen Vereinheitlichten Theorie weiter vorantreiben. Die nächste große Chance dafür wird sich ab 2007 bieten, wenn am CERN, das gerade seinen 50. Geburtstag feiert, der nächste große Beschleuniger seinen Betrieb aufnehmen wird.
Press-release of the Royal Swedish Academy of Sciences (in English)
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Ausführliche Beschreibung der zugrunde liegenden Phänomene (in English)
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