Würzburger Physiker forscht in exzellenter Simons-Kollaboration

Diese Aufnahme in einen Kreis internationaler Wissenschaftseinrichtungen ist ein Qualitätssiegel für die physikalische Forschung an der Universität Würzburg: Wie die Simons Foundation jetzt bekannt gegeben hat, ist der Würzburger Physiker Fakher Assaad Mitglied der neuen Simons Collaboration „Virtue of Defects" – die Vorzüge der Defekte. Assaad ist Professor am Lehrstuhl für Theoretische Physik I der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg; numerische Methoden für sogenannte Vielteilchenprobleme gehören zu seinen Forschungsschwerpunkten.

Das Projekt wird mit jährlich bis zu zwei Millionen US-Dollar gefördert, angelegt auf zunächst vier Jahre mit der Option auf Verlängerung um weitere drei Jahre. Beteiligt sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler führender Forschungseinrichtungen aus Deutschland, Kanada, den USA, Dänemark, Italien und Argentinien - beispielsweise dem Perimeter Institute in Kanada, dem Massachusetts Institute of Technology (MIT), der Princeton University, der Yale University, der New York University (NYU) und dem California Institute of Technology (Caltech) in den USA, der University of Copenhagen in Dänemark, der University of Turin in Italien sowie dem Instituto Balseiro in Bariloche, Argentinien.

Ihr Ziel ist es, neue physikalische Phänomene aufzudecken und möglicherweise unser Verständnis der Quantenmechanik und der allgemeinen Relativitätstheorie neu zu formulieren.

Strukturen jenseits der Messpunkte

Worum es in dem Projekt geht? „In der klassischen Physik wurde das Universum über Jahrhunderte vor allem lokal beschrieben – man betrachtete einzelne Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt an einem bestimmten Ort", erklärt Fakher Assaad. Doch moderne Phänomene lassen sich mit dieser punktuellen Betrachtung oft nicht mehr hinreichend erklären.

Hier setzt die Arbeit der Forschungsgruppe an, die sich den „Defects" (Fehlstellen oder Defekte) und nichtlokalen Beobachtungsgrößen widmet. Diese „Defects" sind dabei keine Fehler im herkömmlichen Sinn, sondern physikalische Strukturen wie Linien, Grenzflächen oder ausgedehnte Regionen im Raum-Zeit-Gefüge, die wesentliche Informationen über ein System enthalten.

„Das Konzept lässt sich am Beispiel der Quantenverschränkung verdeutlichen, die Albert Einstein einst als ‚spukhafte Fernwirkung' bezeichnete", erklärt der Würzburger Physiker. In diesem Fall sind Teilchen über weite Distanzen so miteinander verbunden, dass der Zustand des einen den des anderen unmittelbar beeinflusst. Die tiefe Struktur der Schwerkraft ist ein weiteres Beispiel für solch eine Beobachtungsgröße. Um diese Effekte zu verstehen, reiche es nicht aus, nur einzelne Punkte im Raum zu betrachten.

Ein Blick unter die Haube der Theorie

Jaume Gomis vom Perimeter Institute, einem weltweit führenden unabhängigen Forschungszentrum für die Grundlagen der theoretischen Physik in Kanada, leitet das Projekt. Er beschreibt dessen Vorgehensweise so: „Um die nichtlokalen Observablen zu finden, muss man unter die Haube der Theorie schauen. Aber sobald man diese Messgrößen gefunden hat, ist man in der Lage, neue Phänomene zu diagnostizieren, die lokale Variablen nicht erkennen können".

Die Entdeckung neuer theoretischer Werkzeuge ist nach Gomis' Worten wie die Entdeckung einer „neuen Zutat im Schrank", die es erlaube, völlig neue Gerichte zu kochen. Dementsprechend seien die Forschenden mit ihrem Ansatz in der Lage, physikalische Zustände zu entschlüsseln, die mit herkömmlichen lokalen Variablen verborgen geblieben wären.

Simons Collaboration

Simons-Kollaborationen gehören weltweit zu den bedeutendsten Auszeichnungen in der theoretischen Physik und Mathematik. Eines ihrer wesentlichen Merkmale ist ihre interdisziplinäre Struktur. Das jetzt bewilligte Team führt Fachleute aus der theoretischen Festkörperphysik, der Hochenergiephysik und der Quantengravitation zusammen.

Fakher Assaad bringt in diesen Verbund seine Expertise zur Quantenmaterie ein. Seine Auswahl für diese äußerst wettbewerbsintensive Zusammenarbeit betrachtet er als eine bedeutende Anerkennung seiner Forschung. Damit werde das Ansehen der Universität Würzburg an der Spitze der internationalen Forschung zu den Quantengrundlagen der Physik weiter gestärkt.

„Große Durchbrüche in der Physik entstehen typischerweise dann, wenn Menschen mit unterschiedlichen Hintergründen, Traditionen und Kulturen zusammenkommen, um etwas Neues zu schaffen", erklärt Jaume Gomis. Auch Assaad sieht in der Zusammenarbeit eine große Chance: „Die Vernetzung mit führenden Köpfen verschiedener Disziplinen erlaubt es uns, die theoretischen Grundlagen unseres Fachs aus einer völlig neuen Perspektive zu bewerten und durch computergestützte Verfahren eine Brücke zwischen abstrakter Theorie und messbaren Daten zu schlagen."

Simons Foundation

Die Simons Foundation gehört zu den bedeutendsten wissenschaftsfördernden Stiftungen der Welt und investiert erhebliche Mittel in Grundlagenforschung, um neue Erkenntnisse in der Mathematik, über das Universum, das Gehirn und das Leben zu gewinnen. Die private US-Stiftung wurde 1994 von dem Mathematiker und Investor Jim Simons und seiner Frau Marilyn Simons gegründet.

Kontakt

Prof. Dr. Fakher Assaad, Lehrstuhl für Theoretische Physik I, T +49 931 31-83652, fakher.assaad@uniwuerzburg.de

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