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David Gross zum Achtzigsten : Farblehre für Quarks

David J. Gross (rechts), seine Frau Jacquelyn Savani und der australische Astrophysiker Brian Schmidt während der Übertragung der Cern-Pressekonferenz anlässlich der Entdeckung des Higgs-Teilchen in der Inselhalle in Lindau am Bodensee, am 4.Juli.2012. Bild: Frank Röth

Er war der Natur der starken Kernkraft Anfang der siebziger Jahre auf die Schliche gekommen und konnte damit das seltsame Verhalten der Quarks erklären. Heute wird der Physik-Nobelpreisträger David J.Gross achtzig Jahre alt.

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          Je obskurer die Naturphänomene werden, die sie zu beschreiben versuchen, desto mehr lieben Teilchenphysiker die Anschauung. Dem amerikanischen Theoretiker David Gross beispielsweise halfen die Regeln der Farbenlehre bei der Erklärung eines höchst seltsamen Phänomens, das man Ende der sechziger Jahre bei den Quarks – den fundamentalen Bausteinen von Protonen, Neutronen und allen schweren Teilchen – beobachtet hatte: Quarks treten stets paarweise (als Mesonen) oder in Dreiergruppen (als Protonen und Neutronen) auf, aber niemals allein.

          Manfred Lindinger
          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Selbst unter Aufgebot gigantischer Energien lassen sich diese Elementarteilchen partout nicht voneinander isolieren. Die Quarks scheinen sich sogar umso stärker anzuziehen, je mehr man versucht, sie voneinander zu trennen. Je dichter man Quarks packt, desto schwächer wird andererseits die Anziehungskraft zwischen ihnen. Ein im Vergleich zu anderen Naturkräften untypisches Verhalten. Viele Theoretiker waren deshalb beim Versuch gescheitert, die starke Kraft zwischen den Quarks in ähnlicher Weise zu beschreiben, wie man es etwa von der elektromagnetischen und der schwachen Wechselwirkung gewohnt war.

          Des Rätsels Lösung fand Gross Anfang der siebziger Jahre gemeinsam mit seinem Doktoranden Frank Wilczek und seinem Kollegen David Politzer, als sie die Quarks zusätzlich zur elektrischen Ladung mit einer sogenannten Farbladung versahen, die aus den Farben Rot, Blau oder Grün bestand. Die Quarks sollten sich nur dann verbinden können, wenn sich hinterher als Summe „weiß“ beziehungsweise der Quantenzustand „neutral“ ergibt, so die Forderung.

          Auf dem Weg zur Weltformel

          Mit dem anschaulichen Bild gelang es den drei Theoretikern schließlich, die zwischen den Quarks wirkende Kraft auch mathematisch zu beschreiben – eine Leistung, für die Gross und seine beiden Kollegen 2004 den Physik-Nobelpreis erhielten. Mit der Theorie der Quantenchromodynamik, kurz QCD, konnte man das seltsame Verhalten der Quarks nicht nur erstmals schlüssig beschreiben, sondern auch berechnen. Die QCD sogar zu einem festen Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik geworden, des Weltmodells, mit dem Physiker den Aufbau der Materie und des Universums erklären können.

          Gross, der 1941 in Washington geboren wurde und an der Hebräischen Universität Jerusalem studierte, wurde 1997 Direktor des renommierten Kavli-Instituts für Theoretische Physik an der University of California in Santa Barbara. Dort geht er noch immer fundamentalen Fragen der Teilchenphysik nach. So sucht er seit längerem nach einer Weltformel, die alle bekannten Naturkräfte unter einen Hut bringt. Ein Vorhaben, das sich nicht zuletzt wegen den Eigenschaften der starken Kraft wohl nicht so bald verwirklichen lässt. Heute feiert David Jonathan Gross seinen achtzigsten Geburtstag.

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