Valentina Forini erforscht das Unsichtbare. Mit Hilfe der Mathematik spürt sie den kleinsten Objekten der Natur nach – und wendet die Stringtheorie an, um Lücken in den Standardmodellen der Physik zu schließen.
Theoretische Physiker:innen beschäftigen sich oft mit dem Unsichtbaren. Wir denken über mathematische Strukturen nach, die nicht unbedingt mit der sichtbaren Welt in Verbindung stehen. Also fangen wir an zu rechnen und spüren manchmal Schönheit in Regelmäßigkeiten auf, die vorher nicht da waren. Wir stellen eine Hypothese auf, und wenn wir tatsächlich eine Regelmäßigkeit feststellen, machen wir vor Freude Luftsprünge.
Die Stringtheorie, an der ich arbeite, ist die Theorie der eindimensionalen Objekte, die superklein und für unsere Augen unsichtbar sind. Die Energien, die wir derzeit erreichen können, reichen nicht aus, um sie zu erkennen. Ein zentraler Gedanke hinter dieser Theorie ist, dass die fundamentalen Objekt der Natur nicht als Punkte in unserer Raumzeit zu verorten sind, wie in der Standardbeschreibung der Physik, sondern eindimensionale Strings sind. Wir können uns diese Strings wie die Saiten einer Geige vorstellen. Wie eine Geigensaite Frequenzen entstehen lassen, erzeugen auch diese Saitenobjekte Frequenzen, die jeweils einem Teilchen entsprechen. Bei verschiedenen Frequenzen entstehen also verschiedene Teilchen. Man kann sich ein Orchester vorstellen, das ein unendliches Konzert spielt, welches die Komplexität der Natur beschreibt.
Die Stringtheorie kann viele Probleme der derzeitigen Beschreibung der grundlegenden Physik lösen. Der Hauptgrund, der die Menschen für sie begeistert, ist, dass sie die Schwerkraft mit der Quantenmechanik verbindet. In der Physik haben wir die Quantenmechanik zur Beschreibung kleiner Objekte und die allgemeine Relativitätstheorie für die größten Objekte in unserem Universum. Die Stringtheorie bietet eine Beschreibung für beide Welten an. Davon hat Albert Einstein geträumt.
Dieser Vorteil hat jedoch seinen Preis. So setzt die Stringtheorie die Existenz von neun Dimensionen plus der Zeit voraus, statt der üblichen drei. Außerdem stützt sie sich auf die so genannte Supersymmetrie, die noch nicht durch Experimente bestätigt werden konnte. Das macht manche Physiker skeptisch. Man sollte sich jedoch vor Augen führen, dass die theoretische Physik auch 100 Jahre gebraucht hat, um die Theorie der Gravitationswellen nachzuweisen.
Bach, Brahms oder Beethoven spielen hilft mir, die Schönheit der Schöpfung durch Kreativität und die logische Struktur der Musik nachzuvollziehen
Mit meiner Forschung möchte ich die Stringtheorie nutzen, um fehlende Teile der Theorien zu entdecken, die Physiker heute verwenden, um die Welt zu beschreiben. Mein Arbeitsgebiet ist die so genannte Eich/Gravitations-Dualität. Ausgangspunkt ist die Hypothese, dass die Stringtheorie – in einer speziellen Formulierung – einer Standardtheorie von Feldern entspricht, die denen ähnlich sind, die derzeit zur Beschreibung der Physik sehr kleiner Teilchen verwendet werden. Mit dieser Hypothese können wir die Stringtheorie als Werkzeug nutzen, um grundlegende Aspekte unserer Standardmodelle erst zu verstehen.
Ich bin Pianistin. Das Spielen von Bach, Brahms oder Beethoven hilft mir, die Schönheit der Schöpfung durch Kreativität und die logische Struktur der Musik nachzuvollziehen. Für mich sagt Klaviermusik viel über die komplexe Architektur der Natur aus. Sie spricht Geist und Körper an. Die Sprache der Mathematik ist ähnlich reich und kreativ. Die Welt mit Mathematik zu erklären, ist für mich so erfüllend wie ein Musikstück zu komponieren. Selbst, wenn am Ende nur ein Teil der eigenen Vorstellungen wahr ist, weil man es durch Experimente bestätigen kann.
Aufgezeichnet von Mirco Lomoth