Zwischen einem Atomkern und einem Neutronenstern liegen viele Größenordnungen. Der eine misst wenige Femtometer, der andere hat den Durchmesser einer mittleren Stadt und wiegt mehr als unsere Sonne. Und doch beschreibt sie im Kern (pun intended) dieselbe Physik: die starke Wechselwirkung zwischen Protonen und Neutronen. Achim Schwenk, Professor für Theoretische Kernphysik an der Technischen Universität Darmstadt und Mitglied der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR (HFHF), arbeitet seit Jahren an genau dieser Brücke. Das Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg hat ihn nun zum Auswärtigen Wissenschaftlichen Mitglied berufen.
Die Auszeichnung ist in der Max-Planck-Gesellschaft eine der stärksten Formen, eine Forscherin oder einen Forscher von außerhalb dauerhaft an ein Institut zu binden. Für Schwenk ist es der nächste Schritt einer bereits langen Verbindung: Seit 2015 war er als Max-Planck-Fellow am MPIK tätig und hat dort zur starken Wechselwirkung in exotischen Kernen und in Neutronensternen geforscht.
Wer wissen will, warum diese Themen zusammengehören, muss sich anschauen, woran Schwenks Darmstädter Arbeitsgruppe arbeitet. Ein wichtiges Fundament sind sogenannte Ab-initio-Rechnungen. Der Begriff bedeutet wörtlich „von Anfang an" und beschreibt einen Anspruch, der lange als unerreichbar galt: Atomkerne nicht mit angepassten Modellen zu beschreiben, sondern direkt aus den fundamentalen Kräften zwischen ihren Bausteinen zu berechnen. Das ist rechnerisch enorm aufwendig, denn im Kern wirken nicht nur Zwei-, sondern auch Dreiteilchenkräfte, und die Zahl der Wechselwirkungen wächst mit jedem zusätzlichen Nukleon dramatisch. Besonders interessant wird es bei neutronenreichen Kernen – jenen kurzlebigen Systemen, die in der Natur nur unter extremen Bedingungen entstehen und deren Untersuchung eines der zentralen Ziele der künftigen Beschleunigeranlage FAIR ist.
Genau hier schließt sich der Kreis zur Astrophysik. Ein Neutronenstern ist eine ca. 10 Kilometer breite Kugel neutronenreicher Materie. Wie sich diese Materie unter Druck verhält – ihre Zustandsgleichung, wie die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sagen –, hängt an denselben Kernkräften, die auch das Verhalten kleiner Kerne im Labor bestimmen. Umgekehrt lassen sich Neutronensterne inzwischen als kosmische Messgeräte nutzen: Gravitationswellen von verschmelzenden Neutronensternen, Röntgenmessungen ihrer Größe und Masse, Neutrinos aus Sternexplosionen – all das sind Signale, die etwas über die Materie im Inneren verraten. Man spricht von Multi-Messenger-Sonden, weil erst das Zusammenführen dieser sehr unterschiedlichen Botschaften ein belastbares Bild ergibt.
Schwenks Arbeiten reichen darüber hinaus in Bereiche, in denen die Kernphysik zur Hilfswissenschaft für ganz andere Fragen wird. Wer Dunkle Materie nachweisen will, muss sehr genau wissen, wie ein hypothetisches Teilchen mit einem Atomkern wechselwirken würde – sonst lässt sich aus einem Detektorsignal nichts schließen. Ähnliches gilt für die Suche nach extrem seltenen Zerfällen, mit denen sich fundamentale Symmetrien der Natur prüfen lassen. Auch die Rolle von Neutrinos in astrophysikalischen Umgebungen gehört zu den Themen der Gruppe. Es sind genau diese Anknüpfungspunkte, die die Zusammenarbeit mit dem MPIK so naheliegend machen.
Die HFHF gratuliert zu dieser besonderes Auszeichnung.
