Presse-Informationen

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Hochrangige Vortragende bei Physik-Winterschule in Schladming

Die 48. Internationalen Universitätswochen für Theoretische Physik (http://physik.uni-graz.at/itp/iutp/iutp_10/), welche von 27.2. bis 6.3.2010 in Schladming stattfinden werden, sind heuer dem Thema "Masses and Constants" gewidmet. Es geht dabei um grundlegende Fragen, die an der vordersten Front der physikalischen Forschung stehen und die Fundierung jeglicher physikalischen Theorie betreffen. Besonders prominente Vortragende, darunter der Nobelpreisträger für Physik 1999, Prof. Gerardus 't Hooft aus Utrecht, werden über bisher unverstandene Probleme der Quantentheorie, der Relativitätstheorie und der Naturkräfte Vorlesungen halten.

"Gefestigte" physikalische Theorien

Seit nunmehr ca. 100 Jahren werden Quantentheorie sowie Relativitätstheorie als grundlegende physikalische Theorien akzeptiert und gehören selbstverständlich zum Kanon der Ausbildung eines/r jeden Physikers/in. Ihre Richtigkeit ist in der gegenwärtigen Anschauungswelt durch vielfache Experimente bestätigt. Wir vertrauen auf die Verlässlichkeit der Aussagen dieser Theorien in weiten Bereichen unseres alltäglichen Lebens, wie z.B. in der Materialphysik, der Elektronik oder dem Global Positioning System (GPS). Dennoch bleiben grundlegende Probleme dieser Theorien nach wie vor ungeklärt und weitgehend unverstanden. Dazu gehören etwa solche Fragen: Warum erlaubt die Quantentheorie nur Wahrscheinlichkeitsaussagen? Worauf beruht die Kausalität oder Akausalität von Ereignissen? Was sind die Gründe für Dunkle Materie und Dunkle Energie? Gibt es höhere Dimensionen als die von uns wahrgenommenen, nämlich eine Zeit- und drei Raumdimensionen? Die Reihe solcher Fragen könnte noch um einige fortgesetzt werden.

Naturkräfte

Gegenwärtig sind vier Arten von fundamentalen Kräften bekannt: Sie werden elektromagnetische, schwache und starke Wechselwirkung sowie Gravitation genannt. Sie sind in typischer Weise verantwortlich für solche Phänomene wie den Aufbau der Atome, die Radioaktivität, die Bindung der Atomkerne bzw. die Himmelsmechanik. Die drei ersteren Wechselwirkungen können heute durch so genannte Quantenfeldtheorien auf einem grundlegenden Niveau beschrieben werden. Für die Gravitation wurde dieses Ziel noch nicht erreicht. Seit Jahren laufen angestrengte Forschungen, um eine Quantentheorie der Gravitation zu schaffen. Die damit verbundenen Probleme betreffen den Zusammenhang zwischen der Struktur von Einsteins Raum-Zeit mit der Gravitationsdynamik, also den Kräften selbst. Daraus ergibt sich zwangsläufig die Frage, wie sich bei kleinsten Distanzen von 10-35 m, auf der so genannten Planck-Skala, Gravitation und Quantentheorie verhalten.

Der Nobelpreisträger für Physik 1999, Prof. Gerardus 't Hooft, von der Universität Utrecht wird sich in seinen Vorlesungen über "Black Holes and Quantum Mechanics" mit diesen Problemen auseinander setzen. Es geht dabei insbesondere auch darum, ob der statistische Charakter der Quantentheorie aus einer rein deterministischen Theorie auf der Planckskala abgeleitet werden kann.

Alle bekannten Wechselwirkungen hängen in ihrer Stärke von Kopplungskonstanten unter den Elementarteilchen ab. So wird die elektromagnetische Wechselwirkung und damit die Stabilität und der Aufbau sämtlicher Atome von der Sommerfeldkonstante α bestimmt. Diese wiederum setzt sich aus Größen zusammen, die bisher als Naturkonstanten völlig unabhängig von Raum und Zeit angesehen wurden, wie etwa das Plancksche Wirkungsquantum h oder die Lichtgeschwindigkeit c. Es ist allerdings denkbar, dass diese Größen nicht absolut konstant sind, sondern etwa von der Zeit t abhängen. Mit diesen Möglichkeiten und ihren Auswirkungen wird sich Prof. Harald Fritzsch von der Universität München in seinen Vorlesungen über "Natural Constants and Their Possible Time Variation" beschäftigen.

Die neuerdings vor allem mit präzisen Atomuhren möglichen Experimente, eine Zeitabhängigkeit fundamentaler Konstanten zu überprüfen, wird Prof. Ekkehard Peik von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig erklären und in seinen Vorlesungen zum Thema "Fundamental Constants and Units: Search for Time Variability" neueste experimentelle Ergebnisse berichten. Gleichzeitig wird er die Bemühungen besprechen, Grundeinheiten für wesentliche physikalische Eigenschaften, wie etwa gegenwärtig die Einheit für Masse, aus quantenmechanischen Standards zu definieren, um das Urkilogramm als Norm zu ersetzen.

Bei all diesen Überlegungen spielt die absolute Konstanz der Lichtgeschwindigkeit c und damit zusammenhängend die Gültigkeit der speziellen Relativitätstheorie Einsteins über Raum und Zeit hinweg, d.h. die so genannte Lorentzinvarianz, eine wesentliche Rolle. Neueste Satellitenexperimente zur Beobachtung von γ-Strahl-Ausbrüchen bei Supernova- Explosionen erlauben sehr genaue Messungen der Lorentzinvarianz bis zu Distanzen nahe der Planckskala. Frau Prof. Anita Reimer von der Universität Innsbruck wird in ihren Vorlesungen "Lorentz Invariance under Scrutiny of Recent High-Energy γ-Ray Observations" von jüngsten Ergebnissen berichten, die in einer weltweiten Kollaboration am Fermi γ-Strahl- Satellitenteleskop gemessen wurden.

Standardmodell der Teilchenphysik

Sämtliche bis dato gefundenen Elementarteilchen können in das Standardmodell der Teilchenphysik eingeordnet werden. Dabei bleiben aber viele ihrer Eigenschaften unerklärt. Z.B. werden die Massen der letzten heute bekannten Konstituenten der Materie, der Quarks und Leptonen, als Parameter in das Standardmodell eingeführt. Die Frage ist jedoch, warum sich die Massen gerade so einstellen, wie im Experiment beobachtet. Ein wichtiger Schlüssel zu einer Antwort liegt in der Physik der Neutrinos. Neutrino-Experimente haben in den letzte Jahren besonders wichtige Einsichten in die Symmetrien eröffnet, nach denen die Elementarteilchen klassifiziert werden. Eine wesentliche Entdeckung war dabei das inzwischen eindeutig erwiesene Phänomen der Neutrino-Oszillationen. Seine Bedeutung reicht weit über die Teilchenphysik hinaus bis in die Astrophysik und Kosmologie. Die theoretische Seite der modernen Neutrinophysik wird den Gegenstand der Vorlesungen über "Neutrino Masses and Flavor Mixing" von Prof. Zhi-Zhong Xing vom Institut für Hochenergiephysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking darstellen. Die experimentellen Einsichten werden in den Vorlesungen "Neutrino Phenomenology" von Prof. Walter Winter von der Universität Würzburg abgedeckt werden.

Jagd nach dem Higgs-Teilchen

Sämtliche Wechselwirkungen unter den fundamentalen Konstituenten der Materie, den Quarks und Leptonen, werden durch den Austausch von Bosonen vermittelt. So begründet beispielsweise der Austausch von Photonen die elektromagnetische Wechselwirkung. Die unterschiedlichen Massen aller bekannten Austausch-Bosonen, i.e. des masselosen Photons γ, der so genannten Zwischenbosonen W+, W-, Z0, sowie der Gluonen g, sind bis dato ebenfalls unerklärt. Eine Möglichkeit der Erklärung liefert das Higgs-Teilchen. Dieses wurde aber trotz nunmehr bereits Jahrzehnte langer Suche experimentell noch nicht gefunden. Die Jagd nach dem Higgs wird am gerade in Betrieb genommenen Großbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf neu begonnen. Die Vorlesungen von Prof. Dieter Zeppenfeld von der Universität Karlsruhe über "Mass Generation and Higgs Phenomenology" werden sich dieser Thematik widmen.

Vereinheitlichung aller Kräfte

Seit langem wird spekuliert, ob sich die heute als unterschiedlich erkannten vier grundlegenden Wechselwirkungen auf eine einheitliche Kraft zurückführen lassen. Eine theoretische Möglichkeit dazu besteht in der so genannten Supersymmetrie, die jedem derzeit bekannten Fermion (Quarks und Leptonen) ein Boson und jedem derzeit bekannten Boson (Zwischenbosonen und Gluonen) ein Fermion zuordnet. Die Anzahl existenter Teilchen wird damit verdoppelt. Wenn Supersymmetrie auch in der Lage ist, einzelne offene Probleme des Standardmodells zu lösen, so bleibt doch der Zweifel an der Existenz supersymmetrischer Teilchen, da bis dato kein einziges davon gefunden wurde. Auch dazu kann der LHC-Beschleuniger neue Aufschlüsse liefern. Sollten supersymmetrische Teilchen existieren, hätte das wesentliche Konsequenzen im Hinblick auf die Kosmologie, insbesondere auf die Erklärung der Dunklen Materie. Prof. Dmitri Kazakov vom Institut für Kernforschung in Dubna wird in seinen Vorlesungen über "Supersymmetry on the Run: LHC and Dark Matter" die moderne Sicht auf die Supersymmetrie ausführen und den Bezug zu neuen experimentellen Versuchen herstellen.

Schladming-Winterschule mit langer Tradition

Die Internationalen Universitätswochen für Theoretische Physik in Schladming können auf eine lange Tradition zurückblicken kann. Sie werden seit ihrer Gründung im Jahr 1962 - noch lange bevor sich Schladming zu einem trendigen Wintersportort entwickelte - vom Institut für Physik/Bereich Theoretische Physik der Karl-Franzens-Universität Graz durchgeführt. Auch 2010 tritt das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung wieder als Mitveranstalter auf. Die Universitätswochen haben sich als 'Schladming Winter School' einen ausgezeichneten Ruf in der Fachwelt erworben und tragen auch wesentlich zum Renommée der Teilchenphysik in Österreich bei. Vor allem sind sie auch ein wichtiger Aspekt in der Ausbildung junger Nachwuchs-Wissenschafter/innen, indem sie diese mit der neuesten physikalischen Forschung konfrontieren und an ein internationales Umfeld heranbringen. Seit ihrem Bestehen waren eine lange Reihe äußerst bedeutender Physiker als Vortragende in Schladming, darunter neun Nobelpreisträger, ein Drittel davon bereits zwei Mal.

Mehr als 100 Teilnehmer/innen

Die Internationalen Universitätswochen für Theoretische Physik richten sich in erster Linie an ein jüngeres Publikum (fortgeschrittene Diplomanden/innen, Dissertanten/innen und Post-Docs). Die meist mehr als 100 Teilnehmer/innen kommen vorwiegend aus Österreich sowie dem europäischen Ausland aber auch zu einem erklecklichen Anteil aus Übersee, etwa aus den USA und dem Fernen Osten. Die Schladming-Winterschule trägt damit wesentlich zum Knüpfen von Kontakten unter Physiker/innen am Beginn ihrer wissenschaftlichen Karriere bei. Speziell dieser Aspekt ist für die Mitglieder des am Institut für Physik der Universität Graz laufenden FWF-Doktoratskollegs "Hadronen im Vakuum, in Kernen und Sternen" besonders wichtig, da die darin forschenden Dissertanten/innen an ein Netzwerk junger Nachwuchs-Wissenschafter/innen herangebracht werden.

Format der Winterschule

Im Jahr 2010 wurden acht Hauptvortragende (Lecturer) eingeladen, die ihre Themen in zwei bis vier Vorlesungsstunden abhandeln werden. Insbesondere konnten, wie bereits oben ausgeführt, als Lecturers zu den im Folgenden angegebenen Inhalten gewonnen werden:

Darüber hinaus wird es ca. 30 Seminare einzelner Teilnehmer/innen sowie an die 20 Poster- Beiträge geben. Alle Vorlesungen und Seminare sowie Diskussionen werden auf englisch gehalten.

Podiumsdiskussion über die Zukunft der Teilchenphysik

Am Beginn der Inbetriebnahme neuer Teilchenbeschleuniger, insbesondere des LHC am CERN in Genf, steht die Teilchenphysik vor spannenden neuen Einsichten. Vor diesem Umfeld und in Anbetracht der in Schladming anwesenden hochkarätigen Vortragenden wurde für Mittwoch, 3.3.2010, mit dem Beginn um 14:30 Uhr eine Plenardiskussion zum Thema "Future Directions in Particle Physics" anberaumt. An ihr werden der Nobelpreisträger Prof. Gerardus 't Hooft sowie die Professoren Harald Fritzsch, Dmitri Kazakov, Walter Winter und Zhi-Zhong Xing teilnehmen. Zusätzlich zu den registrierten Tagungsteilnehmern wird einer Abordnung von Physik-Studierenden der Universität Graz, die eigens dazu nach Schladming anreisen, die Möglichkeit geboten werden, sich einen Blick auf zukünftige Probleme und Entwicklungen der Teilchenphysik zu verschaffen.

Vergabe von Stipendien zur Teilnahme

Entsprechend der Tradition der Universitätswochen werden aus Subventionen des Landes Steiermark sowie des Bundesministeriums für Wissenschaft und Forschung auch dieses Mal Stipendien an besonders begabte Studierende und Nachwuchs-Wissenschafter/innen aus Österreich, den (neuen) EU-Mitgliedsländern und entwicklungsbedürftigen Staaten vergeben, um diesen Personen die Teilnahme zu erleichtern bzw. zu ermöglichen.

Veröffentlichung der Ergebnisse

Den Teilnehmer/innen der Winterschule werden begleitend zu den Vorträgen Lecture Notes zur Verfügung gestellt. Diese sollen ihnen noch während der Tagung eine besonders effektive und nachhaltige Auseinandersetzung mit den Themen der Vorlesungen ermöglichen. Um die Ergebnisse der Universitätswochen auch der internationalen Gemeinschaft von einschlägig forschenden Wissenschaftern/innen zugänglich zu machen, werden die Proceedings im Rahmen einer Zeitschriftenreihe als Sonderband veröffentlicht.

Sponsoren

Die Teilnahmegebühren konnten wie in den Vorjahren auf relativ niedrigem Niveau gehalten werden. Die kostengünstige Austragung der Universitätswochen wurde durch die Mitveranstaltung durch das Bundesministerium für Wissenschaft und Forschung sowie durch finanzielle und materielle Unterstützungen von mehreren Seiten ermöglicht. Substantielle Beiträge leisteten:

Weiter führende Informationen

Weitere Informationen über die 48. Internationalen Universitätswochen für Theoretische Physik sowie tiefer führende Links finden sich auf der Web-Seite: http://physik.uni-graz.at/itp/iutp/iutp_10/