Vom ungeordneten Atomhaufen zum Kristall

Etwa 100 junge Wissenschaftler aus aller Welt hatten sich zur Teilnahme beworben – 26 wählte der Deutsche Akademische Austauschdienst DAAD zur Förderung aus.

Sie kommen vom 13. bis zum 26. September 2009 an die Technische Universität Chemnitz und nehmen gemeinsam mit Nachwuchswissenschaftlern aus ganz Deutschland an der 1. Chemnitzer DAAD-Sommer-Akademie teil.

Die Tagung steht unter dem Thema „Strukturbildung – Von der Atomwolke zum Kristall (Structure Formation – >From a Cloud of Atoms to a Crystal)“. Die Sommer-Akademie wendet sich insbesondere an Studierende sowie Absolventen der Physik, Chemie und Materialwissenschaften ab dem Bachelor.

Veranstalter ist die Fakultät für Naturwissenschaften. Die vorwiegend aus dieser Fakultät stammenden Referenten vermitteln den 60 Teilnehmern einen umfassenden Überblick sowohl über experimentelle und theoretische Grundlagen, als auch über Methoden und aktuelle Forschungsergebnisse am „unteren Ende der Strukturbildung“, nämlich bei der Bildung von größeren Komplexen aus einzelnen Atomen. Neben der Wissenschaft kommt auch die Kultur nicht zu kurz: Es stehen Besuche eines Bergwerks in Freiberg, der dortigen Mineralienausstellung, der Landeshauptstadt Dresden sowie einer Aufführung in der Semperoper auf dem Programm.

Von Quarks zu Protonen

Zudem gibt es zwei Vorträge, zu denen auch die Öffentlichkeit eingeladen ist. Am 16. September 2009 spricht Prof. Dr. Reinhard Stock von der Universität Frankfurt zum Thema „Von Quarks zu Protonen: Strukturbildung im frühen Universum – nachvollzogen im Labor“. Dabei beschreibt er den Beginn der Strukturbildung, die statt fand lange bevor sich Atome gebildet haben. Der englischsprachige Vortrag beginnt um 19.30 Uhr im Hörsaalgebäude der TU Chemnitz an der Reichenhainer Straße 90, Raum N012.

Zum Inhalt: Die heutige Welt aus Atomen mit Atomkernen verdankt ihren Ursprung einem Phasenübergang im Verlauf der frühen kosmologischen Expansion nach dem Urknall. Es entstand die erste komplexe Architektur im

Universum: Protonen und Neutronen. Sie haben ein Inneres und eine Oberfläche, sie sind ausgedehnte Teilchen, im Gegensatz zu ausdehnungslosen „Elementar-Teilchen“. Aus dieser ersten Strukturbildung entsteht alles, was heute Materie heißt, hier beginnt der Weg der Evolution zum Einzeller. Die ersten Strukturen ergeben sich aus der Quantenmechanik der Quarks und Gluonen. Die Energie zwischen diesen Elementarteilchen stammt von einer „Ladung“, die man in diesem Falle „Farbladung“ nennt.

Diese hat die unvertraute Eigenschaft, im Vakuum nicht allein existieren zu
können: Ihre Energie ginge dann ins Unendliche. Die Quarks erzeugen eigenartige gebundene Zustände, deren Masse nichts mit der Masse der gebundenen Quarks zu tun hat, sondern fast reine Vakuum-Energie darstellt.

So etwas gibt es in der Physik sonst nicht, gebundene Zustände sind stets nur geringfügig leichter als die Summe der Massen. Die Physik im Urknall können Wissenschaftler neuerdings auch im irdischen Labor nachvollziehen, in Kollisionen schwerer Atomkerne bei relativistischen Beschleuniger- Energien.

Alles aus dem Nichts

Eine Woche später, am 23. September 2009 referiert Prof. Dr. Simon D.M.
White, Direktor des Max-Planck-Instituts für Astrophysik, Garching, zum Thema „Alles aus dem Nichts: die Strukturierung unseres Universums“. Er beschreibt den Beginn von der Strukturbildung auf sehr großen Längenskalen und ihren bis heute andauernden zeitlichen Verlauf. Der Vortrag findet ebenfalls auf Englisch statt und beginnt um 19.30 Uhr im Hörsaalgebäude der TU Chemnitz an der Reichenhainer Straße 90, Raum N012.

Zum Inhalt: Teleskope sind Zeitmaschinen, die es erlauben, weit in die Vergangenheit zu blicken. Der weiteste Blick zurück zeigt das Universum nicht wie es heute aussieht, sondern wie es 400.000 Jahre nach dem Urknall aussah. Zu diesem Zeitpunkt gab es weder Galaxien, noch Sterne, weder die heute bekannten Elemente, bis auf Wasserstoff und Helium, und schon gar keine Menschen. Der Kosmos enthielt nichts als ein leises Rauschen in einem fast gleichförmigen Nebel. Superrechner schaffen es inzwischen, 13 Milliarden Jahre der kosmischen Evolution auf ein paar Monate Rechenzeit zu komprimieren. Sie können zeigen, wie dieses zeitliche Rauschen sich entwickelt und zur heutigen vielgestaltigen Struktur führt. Das Studium des Rauschspektrums lässt Rückschlüsse auf den Ursprung des Rauschens selbst zu. Demnach wäre das gesamte heutige Universum das Ergebnis der Eigenschaften des sehr frühen Vakuums. Das hieße: Alles könnte sich aus dem Nichts entwickelt haben.

Das Programm der DAAD-Sommer-Akademie mit Kurzbeschreibungen der Einzelvorträge kann im Internet angesehen werden:

http://www.tu-chemnitz.de/physik/PHDS/DAAD_2009/home/

Weitere Informationen erteilt Prof. Dr. Peter Häussler, Inhaber der Professur für Physik Dünner Schichten, Telefon 0371 531-21650, E-Mail DAAD-2009@physik.tu-chemnitz.de.