NEUES MAX-PLANCK-ZENTRUM
Das Universum in all seinen Dimensionen im Blick
Redaktion / idw / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Physik
astronews.com
20. Juni 2025

Im Rahmen eines neuen Zentrums für Teilchenphysik, Kosmologie und Geometrie wollen Forschende aus Deutschland, den USA und Taiwan versuchen, ein tieferes Verständnis des Universums in all seinen Dimensionen zu erlangen. Bislang sind Theorien wie das Standardmodell der Teilchenphysik oder die Relativitätstheorie zwar für sich genommen sehr erfolgreich, untereinander aber nicht vereinbar.

Durch Kombination von Teilchenphysik, Kosmologie und Geometrie erhoffen sich Forschende einen neuen Blick auf unser Universum. Hier das Hubble Ultra Deep Field. Bild: NASA, ESA und S. Beckwith (STScI) und das HUDF-Team [Großansicht]

Die Theorien, mit denen Forschende das Universum auf den kleinsten (Teilchenphysik) und größten Skalen (Kosmologie) beschreiben – vom Standardmodell bis zur Allgemeinen Relativitätstheorie – gelten jeweils als äußerst erfolgreich. Doch sie sind untereinander nicht vereinbar. Um ein tieferes Verständnis für das Universum in all seinen Dimensionen zu erlangen, wurde nun das Max-Planck-IAS-NTU-Zentrum (MPC) für Teilchenphysik, Kosmologie und Geometrie gegründet. Es handelt sich um eine gemeinsame Initiative der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) in Deutschland, des Institute for Advanced Study (IAS) in Princeton, USA, und der National Taiwan University (NTU) in Taipeh, Taiwan.

"Durch die Vereinigung des Fachwissens und des wissenschaftlichen Potenzials unserer drei Partner-Institute entsteht ein globaler Knotenpunkt für Exzellenz und Wissenstransfer in der theoretischen Physik", sagt Johannes Henn vom Max-Planck-Institut für Physik (MPP). "Das Zentrum fördert die Zusammenarbeit über institutionelle und disziplinäre Grenzen hinweg. So entstehen Synergien – etwa in der Entwicklung neuer mathematischer Werkzeuge für die Quantenfeldtheorie, in der Beschreibung von Elementarteilchenwechselwirkungen oder beim Verständnis der Physik des frühen Universums."

Teilchenphysik befasst sich mit den fundamentalen Bausteinen der Materie auf subatomarer Ebene, während die Kosmologie die Struktur und Entwicklung des Universums als Ganzes untersucht. In den letzten Jahren wurden überraschende Verbindungen zwischen Teilchenphysik, Kosmologie und Geometrie entdeckt, welche neue Wege zur Beschreibung von Teilchenstreuung und zur Erforschung der Anfangsbedingungen des Universums nach dem Urknall eröffnen könnten. Durch die Integration dieser drei Disziplinen verspricht das neue Zentrum Erkenntnisse, die aus der Perspektive einzelner Fachgebiete nicht zugänglich wären.

"Eine der bemerkenswertesten Entdeckungen der modernen Kosmologie ist die Tatsache, dass der heiße Urknall nicht der Beginn der Zeit war. Eine faszinierende Frage ist, was vor dem heißen Big Bang geschah und wie er die Ausgangsbedingungen für die Strukturen schuf, die wir im späten Universum sehen", erklärt Daniel Baumann, Chee-Chun Leung Professor für Kosmologie an der NTU. "Mit diesem Zentrum bringen wir Fachleute aus Teilchenphysik, Kosmologie und Geometrie zusammen, um neue Antworten auf die fundamentalen Fragen zur Entstehung und Entwicklung des Universums zu finden."

Das neue Zentrum wird weltweit renommierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Studierende aus der ganzen Welt zusammenbringen. Auch Expertinnen und Experten aus der Beobachtungskosmologie und Astrophysik werden beteiligt sein, um die theoretischen Konzepte mit empirischer Forschung zu ergänzen. Zentrale Aktivitäten umfassen internationale Workshops, Konferenzen, Sommerschulen und Forschungsaufenthalte. Damit soll ein dynamischer Austausch über Fach- und Landesgrenzen hinweg gefördert werden. Das Zentrum setzt sich für Exzellenz ein und will Talente weltweit identifizieren und fördern.

"Dieses neue Zentrum ist einzigartig in seinem Forschungsansatz, da es Teilchenphysik, Kosmologie und Mathematik aus einer neuartigen und innovativen Perspektive miteinander verbindet. Es stärkt das Münchner Wissenschaftsökosystem zusätzlich, indem es institutionelle Brücken zu führenden akademischen Einrichtungen in Princeton und Taiwan schlägt", erklären Barbara Ercolano und Stefan Schönert, Sprecherin und Sprecher des kürzlich bewilligten Exzellenzclusters ORIGINS. "Insbesondere ergänzt und erweitert es den neuen 'ORIGINS Connector Cosmological Correlators', der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Ludwig-Maximilians-Universität, der Technischen Universität München, des MPP sowie der Max-Planck-Institute für Astrophysik und für extraterrestrische Physik zusammenführt."

Das Zentrum wird Münchens internationale wissenschaftliche Partnerschaften stärken, indem es internationale Zusammenarbeit fördert, wegweisende Forschung vorantreibt und Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler unterstützt. Unter der Leitung seiner drei Co-Direktoren soll es sich zu einem Zentrum für exzellente Forschung und zu einer lebendigen Ausbildungsstätte für zukünftige Generationen von Forschenden entwickeln. Noch vor zehn Jahren hätte man es in Teilchenphysik und Kosmologie für absurd gehalten, dass die Beschreibung kollidierender Elementarteilchen etwas mit Kombinatorik, Algebra oder Geometrie zu tun haben könnte, so Nima Arkani-Hamed, Gopal-Prasad-Professor an der Schule für Naturwissenschaften am IAS. Und umgekehrt sei es in der Mathematik genauso gewesen. "Dass sich diese Verbindungen heute als real erweisen, ist eine stimulierende Überraschung – und eine Chance. Dieses Zentrum wird dabei helfen, diese bahnbrechende Entdeckung besser zu verstehen."

Der Forschungsbetrieb beginnt im Juli 2025. Die erste Förderperiode umfasst fünf Jahre. Das offizielle Eröffnungssymposium findet vom 1. bis 3. September 2025 an der NTU statt. Eine Auftaktkonferenz ist vom 16. bis 20. März 2026 am IAS geplant. Max-Planck-Zentren sind kollaborative Forschungsinitiativen der Max-Planck-Gesellschaft mit führenden internationalen Partnerinstitutionen. Die Zentren fokussieren sich auf spezifische Forschungsthemen und schaffen durch gemeinsame Projekte, Workshops und die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses eine langfristige und intensive Kooperation. Eine erste Förderperiode umfasst in der Regel fünf Jahre mit der Option auf Verlängerung um weitere fünf Jahre bei entsprechend erfolgreicher Ergebnisentwicklung. Sie symbolisieren ein langfristiges Engagement für die wissenschaftliche Zusammenarbeit auf höchstem Niveau.

Die Max-Planck-Gesellschaft ist Deutschlands führende Forschungsorganisation für Grundlagenforschung. Sie wurde 1948 als Nachfolgerin der Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft gegründet und zählt 31 Nobelpreisträger zu ihren Mitgliedern. Das Max-Planck-Institut für Physik forscht schwerpunktmäßig in der Teilchenphysik und beherbergt heute sieben Abteilungen. Das Institute for Advanced Study in Princeton ist eine weltweit renommierte Einrichtung für theoretische Forschung. Seit seiner Gründung 1930 war es Wirkungsstätte herausragender Wissenschaftler wie Albert Einstein und J. Robert Oppenheimer. Jährlich forschen rund 250 ausgewählte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Campus in interdisziplinärer Umgebung. Die National Taiwan University ist Taiwans führende Hochschule. Ihre Physikfakultät verfügt über starke Gruppen in theoretischer Teilchenphysik und Kosmologie. Das MPC ist am dortigen Leung Center for Cosmology and Particle Astrophysics angesiedelt.