Hamburger Preis für Theoretische Physik Für Forschung zur Entstehung des Universums ausgezeichnet

Valery Rubakov erhält den Hamburger Preis für Theoretische Physik 2020.
Valery Rubakov erhält den Hamburger Preis für Theoretische Physik 2020.

Der russische Physiker Valery Rubakov erhält in diesem Jahr den mit 137.036 Euro dotierten Hamburger Preis für Theoretische Physik. Rubakovs Forschung trug dazu bei, die Zeit kurz nach dem Urknall und die weitere Entwicklung des Kosmos und menschliche Existenz auf der Erde zu verstehen.

Der Preis wird Rubakov  – leitender Wissenschaftler am Institut für Kernforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau und Professor an der Staatlichen Lomonossov-Universität Moskau – im November 2020 in Hamburg gemeinsam von der Joachim Herz Stiftung, dem Wolfgang-Pauli-Centre von DESY und der Universität Hamburg, dem Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) und den beiden Exzellenzclustern „CUI: Advanced Imaging of Matter“ und „Quantum Universe“ der Universität Hamburg verliehen.

Valery Rubakov, geboren 1955, hat Physik an der Lomonosov Universität in Moskau studiert und wurde 1981 am Institut für Kernforschung promoviert. 1987 wurde er dort Vizedirektor der Forschung und 1994 leitender Wissenschaftler. Er ist seit 1998 Vollmitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau, seit 2015 Mitglied der American Academy of Arts and Sciences und korrespondierendes Mitglied der Hamburger Akademie der Wissenschaften. Für seine Forschungen erhielt Rubakov zahlreiche weitere Preise.

Die Frage, aus was wir und die Welt um uns herum bestehen, beschäftigt die Menschen seit jeher. Unsere Materie ist aus Atomen aufgebaut, die wiederum aus Protonen, Neutronen und Elektronen besteht. Im klassischen Standardmodell der Elementarteilchenphysik, das alle bekannten Elementarteilchen und deren Grundkräfte mit starker und schwacher Wechselwirkung und Elektromagnetismus beschreibt, wird das Proton als stabil angesehen.

Rubakov stellte diese Annahme in Frage und entwickelte die Theorie zur Katalyse des Protonenzerfalls durch magnetische Monopole, den so genannten Callan-Rubakov-Effekt. Dieser Effekt besagt, dass ein magnetischer Monopol den Zerfall von Protonen, also den Grundbausteinen unserer Materie, erzeugen und einen beobachtbaren Fußabdruck in Form von Neutrinos hinterlassen würde. Magnetische Monopole müssten kurz nach dem Urknall des Universums entstanden sein und theoretisch auch heute noch vereinzelt auftreten.

Auch für die Suche nach einer allumfassenden Theorie, die das Standardmodell der Elementarteilchen und die Allgemeine Relativitätstheorie vereint, gab Rubakov wichtige Impulse. Das Standardmodell der Elementarteilchen versagt, wenn es darum geht, die Schwerkraft zu erklären, die durch die Allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein beschrieben wird. Um beide Theorien zusammenzuführen, sind weitere räumliche Dimensionen notwendig. Rubakov hat etwa zeitgleich mit den Stringtheoretikern Anfang der 1980er Jahre ein theoretisches Model mit solchen zusätzlichen Dimensionen vorgestellt. Ihm zufolge könnten Raum und Zeit unseres Weltalls wie die zwei Richtungen eines flachen Blatt Papiers oder einer Membran dargestellt werden. Rubakov vermutete, dass wir in einer vierdimensionalen Raumzeit leben, die Teil eines höherdimensionalen Universums ist, das als mehrere Papierschichten, die so genannten „Branen“ dargestellt werden könnte.

Auch zur Entstehung von Materie und zum Verschwinden der Antimaterie aus dem Universum lieferte Rubakov wichtige Erklärungsmodelle. Antimaterie ist eine Art Spiegelbild unserer Materie, zu jedem Teilchen gibt es ein Antiteilchen mit entgegengesetzter Ladung. Wenn Teilchen und Antiteilchen aufeinandertreffen, löschen sie sich gegenseitig unter Aussendung eines Energieblitzes aus.

Da unser Universum aus Materie besteht muss kurz nach dem Urknall in der frühen Entstehungsphase unseres Universums ein asymmetrischer Prozess für ein Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie gesorgt haben. Die Verletzung der Baryonenzahl im Standardmodell, die Rubakov bereits Mitte der 1980er Jahre veröffentlichte, liefert eine wichtige theoretische Erklärung für die Entstehung dieses Ungleichgewichts und ist auch heute noch eine der drängendsten Fragen und ein aktives Forschungsfeld. Zahlreiche Experimente in Teilchenbeschleunigern zielen heute darauf ab, die Eigenschaften von Antimaterie zu untersuchen und so Hinweise auf die Entstehung unseres Universums und seine bis heute andauernde Expansion zu finden.

Der Hamburger Preis für Theoretische Physik ist eine der höchstdotierten Auszeichnungen für Physik in Deutschland. Das Preisgeld ist eine Anspielung auf die Sommerfeldsche Feinstrukturkonstante, die in der Theoretischen Physik eine wichtige Rolle spielt. Rubakov gehört zu den anerkanntesten zeitgenössischen russischen Theoretischen Physikern. Er deckt ein breites Forschungsfeld ab und gilt als Experte in der Quantenfeldtheorie, der Elementarteilchenphysik und der Kosmologie.

„Mit Valery Rubakov zeichnen wir in diesem Jahr einen Forscher aus, der weitreichende Impulse in vielen Bereichen der Theoretischen Physik gegeben hat. Sie haben unsere Sicht auf das Universum maßgeblich geprägt. Er hat wichtige Beiträge für unser Verständnis der Zeit kurz nach dem Urknall und der weiteren Entwicklung unseres Kosmos geleistet, zum Beispiel zur Entstehung von Materie und zum Verschwinden der Antimaterie und damit zur Frage, warum sich Planeten und auch unsere Existenz auf der Erde überhaupt entwickeln konnten“, so Dr. Henneke Lütgerath, Vorstandsvorsitzender der Joachim Herz Stiftung.

Als Preisträger wird Rubakov ab Herbst 2020 auch Forschungsaufenthalte in Hamburg absolvieren und sich mit hiesigen Wissenschaftler:innen austauschen.