OECD-Bericht zur Hadron- und Kernphysik veröffentlicht

Die Arbeitsgruppe „Hadronen- und Kernphysik“ des Global Science Forums der OECD in Paris hat ihren neuen Bericht über den gegenwärtigen Sachstand dieses Forschungsgebietes veröffentlicht. Daran beteiligt waren über einen Zeitraum von zwei Jahren alle Länder weltweit, die sich in größerem Umfang bei dieser Wissenschaft in der Physik engagieren.

Übersicht über die großen Beschleuniger weltweit
Übersicht über die großen Beschleuniger weltweit

Paris (Frankreich) - Der Bericht (http://www.oecd.org/dataoecd/35/41/40638321.pdf) beschreibt das gesamte Feld der Hadronen- und Kernphysik, einschließlich der Chancen für neue, grundlegende Erkenntnisse über die Struktur der Materie und gibt eine aktuelle Übersicht über weltweit alle Forschungsanlagen im Betrieb, im Bau und in der Planung einschließlich der damit verbundenen Investitionen sowie die Zahl der beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Des Weiteren wird ein umfassender Überblick über die Bedeutung dieser Forschung für andere Wissensgebiete gegeben und ihre Auswirkungen auf die Medizintechnik und andere technologisch wichtige Gebiete dargelegt.

Die wissenschaftlichen Visionen der Hadronen- und Kernphysik werden anhand von fünf Schlüsselfragen beschrieben:

1. Ist die Quanten-Chromo-Dynamik die vollständige Theorie der starken Wechselwirkung? 2. Was sind die Phasen-Zustände der Kernmaterie?

3. Was ist die Struktur der Kernmaterie?

4. Was ist die Rolle der Atomkerne bei der Entwicklung der Struktur des Universums?

5. Welche Physik gibt es jenseits des Standardmodells der Hochenergie- und der Hadronen- und Kernphysik?

Der 42-seitige Report enthält zahlreiche Empfehlungen für die Ausrichtung der zukünftigen globalen Forschung sowie für die Planung neuer Forschungsinfrastrukturen basierend auf einem Konsensus in Form eines Vorschlags für eine globale Roadmap. So fordern die Autoren, dass auch in Zukunft der Zugang zu den großen wissenschaftlichen Einrichtungen für die Forscher ohne Bezahlung der Strahlzeit möglich bleiben soll.

Das primäre Ziel der Hadronen- und Kernphysik ist es, die Struktur, Dynamik und die Eigenschaften der Kernmaterie grundsätzlich zu verstehen. Dazu gehört z.B. herauszufinden, wie die grundlegenden Bausteine der Materie, nämlich Quarks und Gluonen, zusammenwirken, um alle die Eigenschaften hervorzubringen, die wir in der Natur bei den Atomkernen und den Hadronen vorfinden. Dazu gehört auch zu lernen, wie sich Atomkerne unter normalen und unter extremen Bedingungen verhalten wie sie z.B. in Sternen vorherrschen, d.h. bei extrem hohen Temperaturen und Dichten, bei hohen Überschüssen von Protonen bzw. Neutronen oder allgemein herauszufinden, wo die Grenzen für die Existenz von Atomkernen liegen. Die Ergebnisse dieser Art der Forschung liefern auch Antworten auf die Frage nach dem Ursprung der chemischen Elemente im Kosmos und der fundamentalen Kräfte der Natur.

Große Entdeckungen und technische Fortschritte sind in den letzten zehn Jahren hinsichtlich der oben genannten fundamentalen Fragen dieses Gebietes gemacht worden. Diese Fortschritte wurden vor allem durch die großen Investitionen in Forschungseinrichtungen gemacht, die mit Spitzentechniken arbeiten, die mehr als zehn Jahre früher initiiert wurden. Hierbei ist besonders die Kernphysik zu erwähnen, die mit dem Quark-Gluon-Plasma einen neuen, sehr exotischen Zustand der Materie entdeckt hat. Es wird angenommen, dass das Universum in den ersten Momenten nach dem Urknall in dieser Form existiert hat.

Des Weiteren wurde endgültig das Standardmodell der Sonne verifiziert, also der gesamte Prozess aufgrund dessen unsere Sonne ihre Energie erzeugt, und es wurde nachgewiesen, dass Neutrinos eine, wenn auch sehr kleine, Masse besitzen. Mit der Erforschung von Atomkernen mit extremen Verhältnissen von Protonen zu Neutronen beginnt die Kernphysik in ein neues terra incognita vorzustoßen, wie sie z.B. in Super Nova oder Neutronensternen vorherrschen; Zustände der Materie, die für die Bildung der schweren chemischen Elemente jenseits des Eisens entscheiden sind.

Der umfangreiche Bericht kommt insgesamt zu dem Ergebnis, dass vielleicht niemals zuvor die wissenschaftlichen Entdeckungen und die technologischen Entwicklungen auf dem Gebiet der Hadronen- und Kernphysik mehr Relevanz für die Gesellschaft und mehr Einfluss auf andere Wissengebiete wie Astrophysik, Teilchenphysik, Kosmologie und Festkörperphysik gehabt haben als innerhalb der letzten 10 bis 15 Jahre.