Nicht alles ist symmetrisch im Universum

9. Januar 2015

Die Forschung rund um die fundamentalen Symmetrien und eine bundesweit einmalige Kooperation zwischen der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Helmholtz-Gemeinschaft haben Univ.-Prof. Dr. Dmitry Budker nach Mainz gebracht. Er wird die Sektion "Matter Antimatter Symmetry" am Helmholtz-Institut Mainz auf dem Gutenberg-Campus leiten, das mit dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt kooperiert.

Univ.-Prof. Dr. Dmitry Budker räumt einen Stuhl frei. "Setzen Sie sich." Dann schlängelt er sich an den beiden Fahrrädern vorbei, die an ein Regal gelehnt im Raum stehen, um ein paar Tassen zu spülen. Budker ist nicht allein in seinem Büro am Institut für Physik auf dem Gutenberg-Campus. Er stellt einen Kollegen aus Polen vor, der lächelnd über den Laptop hinweg grüßt, den er auf den Knien hält, und einen Gast aus Russland, der vor dem Fenster an einem PC arbeitet.

Wir haben immer viele Besucher", erklärt Budker. "Im Sommer kommen zwei junge Amerikanerinnen und wir erwarten einen Professor aus Australien. Ich glaube, wir kooperieren mit so ziemlich allen Ländern auf der Welt, nur die Antarktis fehlt noch."

Helmholtz Institut Mainz

Kooperation ist ein wichtiges Stichwort, denn eine Kooperation hat Budker Anfang 2014 von der University of California in Berkeley in den USA an die Johannes Gutenberg-Universität Mainz gebracht. Hier übernimmt er die Sektionsleitung des im Jahr 2009 gegründeten Helmholtz-Instituts Mainz (HIM), dessen Neubau nur wenige Hundert Meter entfernt allmählich Gestalt annimmt.

Das Helmholtz-Institut Mainz ist die erste gemeinsame Einrichtung der Helmholtz-Gemeinschaft und einer Universität. Hier kooperieren die JGU auf der einen und das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt auf der anderen Seite. Zusammen wollen sie Struktur, Symmetrie und Stabilität von Materie und Antimaterie erforschen. 60 Wissenschaftler sollen sich in naher Zukunft im HIM mit grundlegenden Fragen der Physik und der Chemie beschäftigen – und Budker ist einer davon.

Er wird die Sektion "Matter Antimatter Symmetry" (MAM) leiten, die sich mit fundamentalen Symmetrien und Wechselwirkungen beschäftigt. Unter anderem geht dabei es um das Verhältnis von Materie und Antimaterie, das einige Rätsel aufgibt: Beim Urknall, so eine Annahme, ist gleich viel gewöhnliche Materie und Antimaterie entstanden. Beide sollen miteinander reagiert haben und vergingen in Strahlung – aber eben nicht ganz. Materie ist heute durchaus zu beobachten, die Milchstraße scheint daraus zu bestehen. Doch wo ist der Rest Antimaterie geblieben? Gab es zu Beginn vielleicht doch mehr Materie als Antimaterie, herrschte womöglich eine Asymmetrie?

Russland, USA, Deutschland

Mit Verletzungen der grundlegenden Symmetrien beschäftigt sich Budker schon länger. Das reicht zurück bis in seine Zeit in der ehemaligen UdSSR, wo er geboren wurde. Er studierte an der Staatlichen Universität Novosibirsk in Westsibirien. Dort arbeitete er bis 1988 als Juniorforscher am Institut für Kernphysik.

Von dort führte sein Weg nach Berkeley. Hier entwickelte sich seine akademische Karriere rasant. Er wurde vielfach ausgezeichnet, unter anderem für seine herausragende Doktorarbeit, und hatte im Jahr 2003 eine der renommierten Miller-Professuren inne. In Berkeley lernte er berühmte Wissenschaftler kennen. Physik-Nobelpreisträger wie Saul Perlmutter fallen ihm ein – oder Steven Chu, der als US-Energieminister unter Barack Obama arbeitete.

"Ich habe 25 Jahre in Russland gelebt, 25 Jahre in Kalifornien", fasst Budker lakonisch zusammen. Werden es auch 25 Jahre in Mainz? "Naja", meint er, "als Professor werde ich wohl schon vorher emeritiert."

Immer neue Ideen, immer neue Leute

Budker geht es bei seiner Arbeit am HIM vor allem um hochpräzise Messungen zu den fundamentalen Symmetrien der Natur. Diese Messungen führen auf das Gebiet der Atomphysik, der molekularen und der optischen Physik. Forscher auf der ganzen Welt interessieren sich seit Jahrzehnten für Verletzungen dieser Symmetrie, die im Bereich der schwachen Kernkraft ausgemacht wurden, neben der Gravitation, dem Elektromagnetismus und der starken Kernkraft einer der vier Grundkräfte der Physik.

Doch darauf beschränken sich Budker und seine Gruppe keineswegs. "Es kommen immer wieder neue Leute mit neuen Ideen dazu, wir starten viele neue Sachen. Für einen Außenstehenden wirkt das vielleicht manchmal etwas chaotisch, aber wir befruchten uns gegenseitig. Das funktioniert gut." Der Kollege aus Polen mit dem Laptop auf den Knien beschäftigt sich zum Beispiel mit Diamanten als Messinstrumente für magnetische Felder.

Aufbruchstimmung in Mainz

Es herrscht Aufbruchstimmung, auch hier in dem Raum mit den Fahrrädern und dem Waschbecken in der Ecke ist das zu spüren. Im GSI Helmholtzzentrum in Darmstadt entsteht gerade die neue Beschleunigeranlage FAIR – Facilitiy for Antiproton and Ion Research, die eine ganze Reihe neuer Experimente möglich machen wird. Budker selbst ist in das Exzellenzcluster "Precision Physics, Fundamental Interactions and Structure of Matter" (PRISMA) der Johannes Gutenberg-Universität Mainz eingebunden und er ist Teil der Arbeitsgruppe QUANTUM, in der mehrere Institute der Universität zusammenarbeiten. Bald wird auch das HIM-Gebäude stehen. Dann zieht Budker nochmals um, auch wenn die Entfernung diesmal überschaubar ist.

Er richtet sich ein in Mainz. "Ich verbringe viel Zeit damit, Deutsch zu lernen", erklärt Budker auf Englisch, ohne einen Hehl daraus zu machen, dass er froh ist, sich mit seinen Kolleginnen und Kollegen nicht in Deutsch unterhalten zu müssen. Das ist eine der wenigen Herausforderungen, denen er sich noch nicht gewachsen fühlt.