Was wir über die Struktur des
physikalischen Vakuums wissen:

Mein Forschungsgebiet ist die Struktur der Materie, wobei mich insbesondere das Gebiet zwischen Teilchenphysik und Kernphysik interessiert. Dieses Gebiet wird durch die Natur der Hadronen, d.h. der stark wechselwirkenden Teilchen, bestimmt. Aus Experimenten bei hohen Energien wissen wir, dass die Hadronen aus Quarks und Gluonen zusammengesetzt sind. Allerdings wissen wir noch nicht, wie die Hadronen aus diesen als elementar angesehenen Teilchen - allgemeiner redet man von Feldern - bei niedrigen Energien aufgebaut sind. Das Problem manifestiert sich in einer Reihe von rätselhaften Phänomenen:

• Das Confinement der Quarks und Gluonen
  Darunter versteht man die Unmöglichkeit, diese Teilchen aus ihrem Verband in den Hadronen zu befreien. Damit stellt sich auch das Problem der Teilbarkeit (Atom: das Unteilbare) neu.
   
• Chirale Symmetrie
  Die Hadronen werden bei niedrigen Energien durch die Symmetrie der Links- oder Rechtsschraube (Chiralität: Händigkeit) bestimmt. Diese Symmetrie hat etwas mit der Struktur des (physikalischen) Vakuums zu tun. Hier stellt sich die Frage nach dem als überholt geltenden Äther neu.
   
• Stabilität der KerneEs existiert ein relativ erfolgreiches Modell zur Beschreibung des Kerns und seines Aufbaus aus Hadronen, hier: Proton, Neutron, Pion (Schalenmodell). Die mikroskopische Grundlage dieses Modells, die aus der Struktur der Hadronen folgen müsste, ist allerdings unklar.

Die skizzierten Probleme weisen in ihrer Bedeutung über das unmittelbare Verständnis der uns umgebenden Materie - die meiste sichtbare Materie besteht aus Hadronen - hinaus. Die Theorie, in deren Rahmen man ein Verständnis sucht, die sog. Quanten-Chromo-Dynamik (QCD), ist in dem hier relevanten Bereich divergent. Diese Divergenz ist ein allen Quantenfeldtheorien gemeinsames fundamentales Problem, das aber durch die QCD in besonderer Weise studiert werden kann. Das Problem bedeutet eine grundsätzliche Begrenzung unseres Verständnisses der Natur. Seine Unterschätzung führt häufig zu einer Überschätzung der Erfolge der Physik des Mikrokosmos.

Kontakt:
Professor Dr. Thomas Walcher
Institut für Kernphysik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
J.J. Becher-Weg 45
55099 Mainz
Tel.: 06131/39 51 97
Fax: 06131/39 29 64
e-mail: walcher@kph.uni-mainz.de