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Dezenter Symmetriebrecher

18.01.2021 - Zum 100. Geburtstags des japanischen Theoretikers Yoichiro Nambu, Physik-Nobelpreisträger von 2008 und Träger der Max-Planck-Medaille 1985

„Yoichiro Nambu ist für viele seiner Kollegen auf der ganzen Welt seit langem eine Ikone“, schrieben Chris Quigg und Bruce Winstein in ihrem Artikel zum Physik-Nobelpreis 2008 im Physik Journal. Nambu, der zusammen mit Makoto Kobayashi und Toshihide Maskawa ausgezeichnet worden war, erhielt den Preis „für die Entdeckung der Mechanismen spontaner Symmetriebrechung im sub-atomaren Bereich.“

Nambu wurde 1921 im japanischen Fukui geboren. Sein Vater war Lehrer und weckte schon früh das Interesse seines Sohnes auf Biologie, Mathematik und Physik, indem er ihm populärwissenschaftliche Bücher zum Lesen gab. 1940 schrieb sich Nambu an der Kaiserlichen Universität Tokio ein und wählte, inspiriert durch den international anerkannten Physiker Hideki Yukawa, das Fach Physik.

1952 promovierte er an der Universität Tokio und lehrte anschließend für kurze Zeit Physik an der Universität Osaka, bevor für zwei Jahre als Gastwissenschaftler an das Institute for Advanced Study nach Princeton ging, wo er noch auf Albert Einstein traf. 1954 erhielt Nambu einen Ruf an die Universität Chicago. Er wurde 1970 amerikanischer Staatsbürger und blieb der Universität Chicago treu.

Nambus Ideen durchdringen das Standardmodell der Teilchenphysik, betonten Quigg und Winstein in ihrer Würdigung des Nobelpreises. Das reicht von frühen Arbeiten zu Dispersionsrelationen, d.h. den Beziehungen zwischen Energie und Impuls der Teilchen, die eng mit den analytischen Eigenschaften von Streuamplituden zusammenhängen, über die Anfänge der Quantenchromodynamik als Theorie der starken Wechselwirkung bis zur Geburt der Stringtheorie und darüber hinaus.

Dabei war der japanische Physiker nicht nur wegweisend in der Teilchenphysik, sondern machte sich auch mit theoretischen Arbeiten in der Festkörperphysik einen Namen, etwa durch die Untersuchung von Spinwellen und der Ausbreitung und Dämpfung von Temperaturwellen („zweiter Schall“) in Magneten, Suprafluiden und Flüssigkristallen.

Seine mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Arbeiten beschäftigten sich mit der spontanen Brechung von Symmetrien, d.h. physikalischen Systemen, die unter gewissen Umständen nicht die gleiche Symmetrie aufweisen wie die Gesetze, die diese beschreiben. Nambu erkannte die weitreichenden Folgerungen, die sich daraus für die relativistische Quantenfeldtheorie ergeben, welche den subatomaren Bereich beschreibt.

So verursacht die spontane Brechung der Eichsymmetrie kollektive Anregungen, deren Frequenz im Grenzfall großer Wellenlängen verschwindet und die daher masselosen Spin-0-Teilchen entsprechen. Nambus Vermutung, dass solche masselosen Teilchen immer dann auftauchen müssen, wenn eine kontinuierliche Symmetrie spontan gebrochen wird, führte zum Goldstone-Theorem, das für viele Gebiete der Physik von Bedeutung ist. Die damit verbundenen masselosen skalaren Teilchen sind als Nambu-Goldstone-Bosonen bekannt.

Nambu wandte diese Überlegungen auch auf Symmetrien an, die nicht spontan gebrochen sind, sondern nur näherungsweise gelten. Im Fall einer nur näherungsweise geltenden chiralen Symmetrie schloss Nambu, dass es sich bei den dabei auftretenden Teilchen, die nicht mehr masselos sein mussten, um die drei Pionen π+, π0 und π handeln musste, die Hideki Yukawa in den 1930er-Jahren als Träger der Kernkraft eingeführt hatte.

Nambu forschte auch nach seiner Emeritierung im Jahre 1991 weiterhin an der Universität Chicago. Den Nobelpreis empfand der damals 87-jährige Physiker als „Krönung“ seiner Karriere. Zu den vielen anderen Preisen, mit denen er davor ausgezeichnet wurde, gehören der Oppenheimer Preis (1976), die National Medal of Science (1982), die Max-Planck-Medaille (1985) der DPG und der Wolf-Preis 1994/5.

Der förmlich und zurückhaltend auftretende Yoichiro Nambu, der privat auch gerne physikalisch experimentierte, starb am 5. Juli 2015 mit 94 Jahren im japanischen Osaka.

Alexander Pawlak

 

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