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Die Magie des Physikers

Universität Die Magie des Physikers

Dieses Jahr gingen die Nobelpreise wieder an Marburg vorbei. Einige heimische Forscher arbeiten aber auf dem prämierten Arbeitsgebiet der sogenannten topologischen Physik.

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Jens Güdde forscht am Fachbereich Physik der Philipps-Universität zu den Themen, die nun mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden sind. Foto: Martin Schäfer

Marburg. Magie kommt in den klassischen Naturwissenschaften eigentlich nicht vor, wenngleich viele Effekte fast magisch anmuten: Strom fließt unter gewissen Bedingungen ohne Widerstand. Oder Flüssigkeiten kriechen gegen die Schwerkraft in einer Tasse nach oben. In unserer makroskopischen, menschlichen Welt hingegen kennt jeder das Gedränge, etwa derzeit auf der Innenstadt-Kirmes. Da ist kein Fortkommen. Man stößt auf Widerstand. In einer normalen Stromleitung treffen ganz ähnlich die vielen Ladungsträger, die Elektronen, auf die Atome des Kabels und kommen kaum voran. Wie man die magischen Kräfte der Natur nutzt, um diesen Widerstand auszuschalten, dafür haben in diesem Jahr drei Physiker den Nobelpreis bekommen.

Das Erstaunliche daran war, dass selbst die Mitglieder des schwedischen Auswahlkommittees nicht erklären konnten, was sie da auszeichnen. Es genügte, dass die rein theoretischen und mathematischen Erkenntnisse der drei Amerikaner dabei helfen, wichtige Grundlagen der Physik zu legen und die magischen Phänomene wie Supraleitung (Strom ohne Widerstand) oder Superfluidität (Flüssigkeiten fließen ohne Reibung weg) zu erklären. „Die drei Forscher haben Erkenntnisse aus der Mathematik geliefert, die uns als Physiker so nicht zugänglich waren“, erklärt der Physiker Jens Güdde vom Fachbereich Physik der Phillips-Universität Marburg.

Ganz genau versteht er auch nicht, was sich die drei da ausgedacht haben, gibt Güdde zu. Dafür muss er sich auch mit seinen Theorie-Kollegen zusammen setzen. Güdde ist Experimentalphysiker, manipuliert und traktiert mit Laserstrahlen unterschiedlichste Materialien, um deren Eigenschaften zu vermessen. Mit dem Nobelpreis ist aber auch sein Fachgebiet ausgezeichnet worden, sogenannte topologische Isolatoren. Das sind bei Güdde Leitungselemente aus dem Material Antimon-Tellurid, das nur unter bestimmten Bedingungen Strom in einer dünnen Oberflächenhaut weiterleitet.

Elektronen-Verhalten in Grenzfläche von Materialien

Für die OP hat Güdde dennoch den Versuch unternommen, was der Nobelpreis für sein Fach bedeutet. „Stellen Sie sich ein Haus vor, in dem die Schwerkraft nicht nach unten wirkt, sondern nach oben“, sagt der 51-jährige Forscher. Dann soll man gedanklich zwei Häuser zusammenschieben, eines mit Schwerkraft nach unten, eines nach oben. Für die Menschen in beiden Häusern sieht die physikalische Realität ihrer Umgebung ganz normal aus. Keine Auffälligkeiten. Dann soll ein Mensch von einem Haus in das andere gehen. „Was geschieht in der Wand?“ fragt Güdde. Also doch ein bisschen Magie?

Die Physiker um Güdde und Arbeitsgruppenleiter Ulrich Höfer schauen sich genau an, wie sich Elektronen in der Grenzfläche zweier Materialien verhalten. Dort gibt es ganz neue Effekte und Zustände - wie eben, wenn ein Mensch von einem Haus ins andere mit „umgekehrter“ Realität tritt. Für Höfer und seine Arbeitsgruppe ist das so stark faszinierend, dass er unlängst die physikalische Bestätigung der von Albert Einstein vorhergesagten Gravitationswellen sinngemäß kommentierte: Die Gravitationswellen gelten zwar als Nobelpreiskandidat Nummer eins, sein Arbeitsgebiet der topologischen Festkörperphysik sei aber mindestens genauso spannend. Er sollte recht behalten.

von Martin Schäfer

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