Das Standardmodell der Teilchenphysik, das Quarks, Elektronen, Neutrinos und andere Teilchenarten als Grundbausteine der Materie definiert, wurde mit immer genaueren Messungen bestätigt. Eine der großen offenen Fragen ist jedoch, ob die Schwerkraft mit den anderen drei Grundkräften des Standardmodells vereinigt werden kann. Hartmut Abele, seit März 2009 Professor für Angewandte Strahlenphysik am Atominstitut der TU Wien, sucht mit kalten und ultrakalten Neutronen nach einer Verbindung zwischen der Schwerkraft und der Welt der Quanten. Einen Zugang zu dieser Frage bieten neuartige Messungen mit extremer Präzision und Empfindlichkeit, die durch das Zusammenwirken unterschiedlicher Fachgebiete der Physik überhaupt erst möglich werden. „Es ist ein Glücksfall, dass viele präzise messbare Größen der Neutronenphysik mit Theorien verknüpft sind, die über das Standardmodell hinausgehen“, schildert Abele die Entwicklungsdynamik seiner Forschungsrichtung.

Neutronen unter Schwerkraft

Anders als bei der Forschung an großen Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN bei Genf, bei denen Teilchen mit großem Energieeinsatz zur Kollision gebracht werden, verwendet Abele Systeme mit sehr niedrigen Energien. „Unsere Werkzeuge sind kalte und ultrakalte Neutronen, damit lassen sich hochpräzise Messungen durchführen“, erklärt er. Energiearme Neutronen fallen dabei im Schwerefeld der Erde auf einen Spiegel. An diesem werden sie reflektiert und durch die Gravitation in einer besonderen Weise gebunden. Abele: „Gemeinsam mit unseren Kollegen in Grenoble konnten wir bereits nachweisen, dass Neutronen, nachdem sie reflektiert wurden, verschiedene diskrete Energieniveaus einnehmen. Das kann man mit Elektronen vergleichen, die um den Atomkern kreisen, die Neutronen brauchen dafür aber nur einen winzigen Bruchteil der Energie, die Elektronen benötigen.“ Mit dem von ihm weiter entwickelten Verfahren der Quanteninterferenz suchen die Wiener PhysikerInnen nun nach gravitationsähnlichen Kräften, die Rückschlüsse auf die beschleunigte Expansion des Universums und bislang unbekannte Materieformen erlauben.

Materie durchleuchten

Andere Nutzungsmöglichkeiten der Neutronenphysik sind Neutronenradiographie und Neutronentomographie. Abeles Neutronen erkennen, was Röntgenstrahlen übersehen: Neutronen ermöglichen es, Einspritzvorgänge in Verbrennungsmotoren zu untersuchen und Aufnahmen von Serienmotoren anzufertigen. Das ist neu, denn bisherige Untersuchungen beschränkten sich meist auf gläserne Motoren, deren Ergebnisse sich nicht auf Serienmotoren übertragen ließen. Weitere Experimente befassen sich mit dem Beta-Zerfall des Neutrons und der Suche nach neuen Symmetrien und Strukturen von Naturgesetzen. Zudem werden mit Abeles Daten heute weltweit Messgeräte der Hochenergiephysik geeicht.  

Erfolg mit Freude und Faszination

Spricht man mit Abele über seine Arbeit, so spürt man seine tief gehende Faszination für die Wissenschaft. Seine wissenschaftliche Laufbahn startete mit einem Studium der Physik an der Universität Heidelberg. Im Rahmen eines Praktikumsaufenthalts an der europäischen Neutronenquelle am Institut Laue Langevin (ILL) im französischen Grenoble machte er mit der Quantenphysik von Neutronen Bekanntschaft. Es folgte seine Diplomarbeit zur Neutronenphysik in Heidelberg. In seiner Dissertation beendete Abele eine zehn Jahre dauernde Kontroverse um die Massenverteilung von Neutrinos, indem er nachwies, dass abweichende Neutrinomassen künstlich erzeugt werden können. Es folgte eine Zeit als Post-Doc an der US-amerikanischen Yale University, seine Habilitation über das Standardmodell der Elementarteilchenphysik, eine APL-Professur in Heidelberg und eine Professur an der TU München, ehe er Ende 2008 an die TU Wien berufen wurde.

Schnell in Wien eingelebt

Abele und seine  Familie haben sich schon nach kurzer Zeit in Wien eingelebt. Sein vierter Sohn kam bereits hier zur Welt. „Wir sind begeistert von der Offenheit der Menschen und der Kreativität in der Stadt. Wir schätzen besonders die Kombination aus Kultur und Natur, die Wien bietet“, sagt er. Eines der Interessensgebiete Abeles ist Geschichte, und hier besonders die Geschichte der Wissenschaften. Deshalb besuchen er und die Seinen gerne Ausstellungen und Museen, aber auch Theater und Oper. „Und als begeisterte Skifahrer freuen wir uns auch über die neue Nähe zu den Skigebieten“, schwärmt Abele über sein neues Zuhause.

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