Woraus besteht unser Universum? Wo ist die geheimnisvolle Antimaterie geblieben, die nach den Gesetzen der Physik ebenso zahlreich sein müsste wie Materie? Und welche unsichtbaren Kräfte lenken den Kosmos? Mit diesen Fragen beschäftigen sich Wissenschaftler:innen in einem neuen Mega-Institut in Wien: Das Marietta Blau Institut bündelt ab September die Kräfte zweier traditionsreicher Forschungseinrichtungen – des Stefan Meyer Instituts (SMI) und des Instituts für Hochenergiephysik (HEPHY) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW).

Mit hochpräzisen Messungen und moderner Technologie wollen die Forscher:innen den Geheimnissen der Teilchenphysik auf den Grund gehen. Was nach abstrakter Grundlagenforschung klingt, prägt unseren Alltag schon heute: Ohne Teilchenphysik gäbe es weder das Internet noch moderne Krebstherapien. Gleichzeitig geht es in diesem Forschungsfeld um nichts Geringeres als die grundlegendsten Fragen der Menschheit. Noch vor der offiziellen Eröffnung des neuen Marietta Blau Instituts sprechen die Direktoren Jochen Schieck und Eberhard Widmann im Interview über ihre Arbeit und ihre Ziele.

Auf der Spur von Bausteinen

Ein Mega-Institut entsteht in Wien. Was wird hinter den Wänden des Marietta Blau Instituts passieren?

Uns geht es immer um die große Frage: Verstehen wir das Universum vollständig?

Eberhard Widmann: Wir untersuchen die Teilchenphysik. Auf der einen Seite wollen wir ausloten, was das geläufige Standardmodell der Teilchenphysik alles zu bieten hat – und auf der anderen Seite, wo seine Grenzen liegen. Uns geht es immer um die große Frage: Verstehen wir das Universum vollständig? Welche Dinge sind noch offen? Deshalb forschen wir sowohl an dunkler Materie und Antimaterie als auch an Hochenergiephysik. Es ist ein breites Spektrum, das aber alle Facetten dieser Grundsatzfragen beleuchtet.

Jochen Schieck: Im Kern dreht sich alles um zwei Dinge: die fundamentalen Bausteine des Universums und die fundamentalen Kräfte. Früher dachte man, das Atom sei das kleinste Teilchen. Heute wissen wir, dass wir mit höheren Energien immer besser in die Materie reinschauen können. Diese Bausteine und Kräfte sind entscheidend - nicht nur, um zu verstehen, wie die Materie aufgebaut ist, sondern auch dafür wie sich unser Universum entwickelt hat. Ohne dunkle Materie lässt sich zum Beispiel die Entwicklung des Universums nicht erklären. Wenn man sich den Urknall anschaut, denkt man es müsste heute genauso viel Materie wie Antimaterie geben, aber die Antimaterie ist verschwunden. Wir wissen nicht, warum. Das ist einer unserer Forschungsansätze. Als Institut sind wir international stark vernetzt. Wir sind das größte experimentelle Labor für Teilchenphysik in Österreich, beteiligt an drei großen Projekten am CERN in Genf sowie an Experimenten in Japan und Italien. Wir entwickeln unsere Experimente hier in Wien, führen sie aber in enger Zusammenarbeit mit Partnern weltweit durch.

Zwei Institute verschmelzen zu einem: Warum?

Schieck: Diskutiert wurde das schon seit über 15 Jahren. Letztendlich war dann ausschlaggebend, dass beide Institute am selben Standort - in der Postsparkasse - im selben Stock angesiedelt waren. Vorher waren sie an verschiedenen Standorten, das wäre logistisch schwierig gewesen. Nun wurde die Entscheidung von allen Seiten als sinnvoll gesehen - dass man Synergien findet und die Kräfte vereint und ein neues großes Institut schafft. 

Ich bin davon überzeugt, dass man wissenschaftlich nur weiterkommt, wenn man Fragestellungen von unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet. 

Wieso macht es Sinn, die Forschungen zu bündeln?

Schieck: Inhaltlich beschäftigen wir uns mit den gleichen Fragestellungen. Wir interessieren uns beide für Teilchenphysik. Wir arbeiten zwar in unterschiedlichen Experimenten, aber die Methoden und Techniken überschneiden sich stark. Die Ergebnisse können wir nun gemeinsam diskutieren. Ich bin davon überzeugt, dass man wissenschaftlich nur weiterkommt, wenn man Fragestellungen von unterschiedlichen Blickwinkeln betrachtet. 

Widmann: Wir haben komplementäre Zugänge zu den wichtigen Fragen der Teilchenphysik und können uns zusammenbringen. Auf der anderen Seite haben wir sehr ähnliche experimentelle Anforderungen. Das bedeutet: Die gesamte Infrastruktur und die technischen Servicegruppen arbeiten gut zusammen. 

Ehrung einer Pionierin

Warum der Name Marietta Blau Institut?

Schieck: Marietta Blau war eine Wissenschaftlerin, die bahnbrechende Forschung an einem Vorgängerinstitut des Stefan Meyer Instituts (SMI) geleistet hat, nämlich am Radium-Institut. So ergibt sich eine Brücke zum SMI. Außerdem hat Marietta Blau sogenannte Teilchenspuren sichtbar gemacht, und genau das war ein Schwerpunkt der Detektorentwicklung am Institut für Hochenergiephysik (HEPHY). So können sich die Mitarbeiter:innen beider Institute mit dem Namen identifizieren.

Widmann: Die Hintergründe passen. Als Wissenschaftlerin, als Frau und als Jüdin ist Marietta Blau eine wichtige historische Figur.

Schieck: Sie musste im Zweiten Weltkrieg Österreich verlassen, emigrierte nach Mexiko und konnte nach dem Krieg nie wieder richtig Fuß in der Wissenschaft fassen. Obwohl sie nach Wien zurückgekehrt ist, hat sie eigentlich nie wieder da anknüpfen können, wo sie aufhören musste. Ihre Methoden wurden von anderen weitergeführt, die dafür den Nobelpreis erhielten. Sie selbst wurde auch mehrmals für den Nobelpreis nominiert, bekam ihn aber nie. Mit dem Institutsnamen wollen wir sie ehren und an ihre maßgeblichen Beiträge erinnern, für die sie zu Lebzeiten leider nicht gewürdigt wurde.

Projekte für die Zukunft

Welche gemeinsamen Projekte wollen Sie nun besonders vorantreiben?

Wir bringen die Expertise beider Institute zusammen und eröffnen uns neue Chancen.

Widmann: Zwei möchte ich nennen. Erstens das ALICE-Experiment am CERN, bei dem wir künftig gemeinsam wesentliche Beiträge zur nächsten Version des Detektors leisten werden. (Anm.: Im ALICE-Experiment wird in einem riesigen Detektor untersucht, was passiert, wenn Teilchen miteinander kollidieren - um Erkenntnisse über die ersten Momente nach dem Urknall zu gewinnen.) Zweitens das neue Kryolabor hier in Wien, das ultratiefe Temperaturen ermöglicht. Dort wollen wir dunkle-Materie-Detektoren testen und auch mit ultrakaltem Wasserstoff nach Verletzungen in der Symmetrie von Naturgesetzen suchen.

Schieck: Das sind die beiden wichtigsten Projekte, die wir jetzt gemeinsam anstoßen. Ohne Zusammenschluss wäre das nicht möglich gewesen. Wir bringen die Expertise beider Institute zusammen und eröffnen uns neue Chancen.
 

Weitere Informationen

Hinweis: Am 7. November wird bei einer feierlichen Veranstaltung die Schaffung des neuen Marietta Blau Instituts für Teilchenphysik zelebriert.

Jochen Schieck ist seit 2013 Direktor des Instituts für Hochenergiephysik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW), seit 2014 ist er auch Professor an der TU Wien. Zuvor hatte er eine Professur an Ludwig Maximilians-Universität München inne und forschte am Max-Planck-Institut für Physik. Schieck war Vizepräsident des CERN Council und ist der Vertreter Österreichs in der vom CERN ins Leben gerufenen European Strategy Group (ESG).

Eberhard Widmann leitet seit 2004 das Stefan-Meyer-Institut für subatomare Physik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW). Nach seinem Physikstudium an der Universität Stuttgart arbeitete er am Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart. Forschungsaufenthalte führten ihn nach Japan und zum CERN, wo er sich an der Technischen Universität München habilitierte. Seit Dezember 2024 ist Widmann Vorsitzender des Nuclear Physics European Collaboration Committee (NuPECC), dem höchsten Komitee der europäischen Kernphysik. Widmann ist bereits seit 2006 als Vertreter Österreichs Mitglied, entsandt von der ÖAW, und seit 2018 Deputy Chair des Komitees.