Geschichte des Instituts

Vorgeschichte

Im Jahre 1919 wurde das Physikalische Staatsinstitut (gegr. 1885) in die neugegründete Universität Hamburg integriert. 1921 wurde der erste Lehrstuhl für Theoretische Physik mit Wilhelm Lenz besetzt. Wolfgang Pauli war einer seiner ersten Assistenten. Hier fand er sein Ausschließungsprinzip, für das er später den Physiknobelpreis erhielt. Ein weiterer Nobelpreisträger der theoretischen Physik war Hans Daniel Jensen, ein Schüler Wilhelm Lenz'.

Nach dem II. Weltkrieg kam Pascual Jordan nach Hamburg und baute hier eine Arbeitsgruppe auf, die sich mit Allgemeiner Relativitätstheorie beschäftigte. Ein prominenter Vertreter dieser Gruppe war Jürgen Ehlers, der später das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, das Albert-Einstein-Institut in Golm, gründete.

Gründung des II. Instituts für Theoretische Physik

1956 wurde Willibald Jentschke auf eine Professur für Experimentalphysik berufen. Im Rahmen dieser Berufung wurde das Deutsche Elektronensynchroton (DESY) gegründet. In der Theoretischen Physik wurde Harry Lehmann als Nachfolger von Wilhelm Lenz berufen. Harry Lehmann war damals bereits ein führender Vertreter der Quantenfeldtheorie. So war durch die LSZ-Relationen (nach Harry Lehmann, Kurt Symanzik und Wolfhart Zimmermann) der grundlegende Zusammenhang zwischen den zeitgeordneten Funktionen und der S-Matrix aufgeklärt worden. Zur Förderung der Zusammenarbeit mit der experimentellen Teilchenphysik wurde das Theorie-Institut geteilt, und Harry Lehmann zog mit seinen Mitarbeitern auf das Gelände von DESY. Parallel zur Entstehung des II. Instituts für Theoretische Physik wurde die Theorieabteilung des DESY gegründet, die sich in der folgenden Zeit in enger Zusammenarbeit mit dem II. Institut entwickelte. Erster Leiter der DESY-Theorie war Hans Joos.

Entwicklung des Instituts bis zum Ende der 90er Jahre

Unter der Leitung von Harry Lehmann entwickelte sich das Institut zu einem führenden Zentrum für Quantenfeldtheorie und ihre Anwendung auf die Elementarteilchenphysik.

Ein neuer Akzent wurde 1966 durch die Berufung von Rudolf Haag gesetzt, durch welche die Mathematische Physik und die Algebraische Quantenfeldtheorie als Schwerpunkte des Instituts etabliert wurden. Es entstanden die Arbeiten von Sergio Doplicher, Rudolf Haag und John Roberts zur Superauswahlstruktur der Quantenfeldtheorie. Klaus Pohlmeyer und Gert Roepstorff wirkten bis zu ihrer Wegberufung nach Heidelberg, bzw. Aachen, ebenfalls im Bereich der mathematischen Analyse der Quantenfeldtheorie. Wichtig war auch der enge Kontakt zu Kurt Symanzik, der 1968 zur DESY-Theorie-Gruppe kam und mit seinen Arbeiten zur Renormierungsgruppe (Callan-Symanzik-Gleichung) wesentliche Impulse gab.

Mit der Berufung von Gerhard Mack (1975) kamen als neue Schwerpunkte Konforme Feldtheorie und Gittereichtheorie hinzu, die später zu einer allgemeinen Theorie komplexer Systeme ausgebaut wurden. Die Algebraische Quantenfeldtheorie wurde durch die Berufung von Detlev Buchholz (1979) verstärkt, der später (1996) einen Ruf nach Göttingen annahm.

Nachfolger von Harry Lehman (Emeritierung 1985) wurde Hermann Nicolai (Berufung 1987), der insbesondere die Supersymmetrie als einen Schwerpunkt einrichtete. Rudolf Haag wurde 1987 emeritiert, sein Nachfolger wurde Klaus Fredenhagen (1990), der vor allem die Renormierung von Quantenfeldtheorien auf gekrümmten Raumzeiten untersuchte. 1995 verließ Hermann Nicolai, der zuvor einen Ruf nach Karlsruhe abgelehnt hatte, das Institut und wurde Direktor des Albert-Einstein-Instituts in Golm.

Neben den eher formalen Aspekten der Quantenfeldtheorie hat sich am II. Institut die Elementarteilchenphänomenologie als zentrales Forschungsgebiet etabliert. Hierbei geht es um die Entwicklung von Methoden der quantenfeldtheoretischen Störungstheorie und deren Anwendung auf die Auswertung von experimentellen Daten, hier insbesondere die des Ring­be­schleu­ni­gers DESY, später die von DORIS, PETRA und schließlich von HERA. Nach ersten Arbeiten von Peter Stichel (ab 1959) wurde mit der Berufung von Gustav Kramer (1961) die Grundlage zum Aufbau einer größeren Arbeitsgruppe gelegt, die später durch die Berufung weiterer Professoren (Kurt Meetz 1965, Bruno Renner 1970, Frank Steiner 1974, Jochen Bartels 1978) ausgebaut wurde. Peter Stichel, Kurt Meetz und Frank Steiner nahmen später Rufe nach Bielefeld, Bonn beziehungsweise Ulm an. Bruno Renner verstarb nach einem Unfall. Rufe erhielten auch Gustav Kramer (nach Wuppertal) und Jochen Bartels (nach Leipzig), lehnten diese aber ab.

In der ersten Zeit entstanden wichtige Beiträge zur Beschreibung von Photoproduktionsprozessen. Dabei spielte die Regge-Theorie eine zentrale Rolle. Nachdem in den frühen 70er Jahren die Quantenchromodynamik als Feldtheorie der starken Wechselwirkung formuliert worden war, verlagerte sich der Schwerpunkt auf die störungstheoretische Auswertung von nichtabelschen Eichtheorien, vor allem der QCD. Hier seien insbesondere die 3-Jet-Rechnungen in der Elektron-Positron-Annihilation erwähnt, die wesentlich zum experimentellen Nachweis des Gluons am PETRA-Ring beigetragen haben. Während des Betriebs des HERA-Ringes hat die Phänomenologie-Gruppe vor allem zur Analyse von Struktur- und Fragmentationsfunktionen beigetragen. Von großem Interesse waren weiterhin die Analyse der Jet-Produktion, sowohl für Photo- als auch Elektroproduktion. Ein weiterer theoretischer Schwerpunkt der HERA-Physik war die Untersuchung der Small-x Physik, das Verhalten von Strukturfunktionen bei kleinen Bjorken-x Werten.

Neuere Entwicklungen: Stringtheorie und Astroteilchenphysik

Zu den bestehenden Forschungsgebieten des Instituts kam mit der Berufung von Jan Louis (2000) als Nachfolger von Hermann Nicolai die Stringtheorie hinzu. Nach der Emeritierung von Gerhard Mack wurde mit der Berufung von Günter Sigl (2007) als neue Forschungsrichtung die theoretische Astroteilchenphysik aufgenommen. Diese Gruppe arbeitet eng mit der beobachtenden Astroteilchenphysik zusammen. Die Phänomenologie wurde mit den Berufungen von Bernd Kniehl (1999) als Nachfolger von Gustav Kramer und von Sven-Olaf Moch (2012) als Nachfolger von Jochen Bartels fortgeführt. Besondere Betonung liegt dabei auf der Durchführung von Präzisionsrechungen sowohl in der elektroschwachen Theorie als auch in der QCD. Im Rahmen der Zusammenarbeit mit DESY wurden zwei neue Professuren eingerichtet und mit Gudrid Moortgat-Pick (2009) und Geraldine Servant (2014) besetzt. Gudrid Moortgat-Pick beschäftigt sich mit der Physik eines zukünftigen Elektron-Positron-Linear­be­schleu­ni­gers, und Geraldine Servant mit Anwendung der Elementarteilchenphysik auf die Kosmologie. Die Professur zur Quantenfeldtheorie und mathematischen Physik (Nachfolge Fredenhagen) erhielt Gleb Arutyonov (2014), der sich insbesondere mit integrablen Strukturen in der Quantenfeldtheorie befasst.

Mitarbeit in der Leitung der Universität und von DESY

Nach Aufhebung der Fakultäten (1970) und Gründung der Fachbereiche haben Gustav Kramer, Harry Lehmann und Gerhard Mack als Sprecher des Fachbereiches gewirkt. Nach Wiedereinführung der Fakultäten im Jahre 2006 waren Jochen Bartels und später Jan Louis sowie Günter Sigl als Leiter des Fachbereiches tätig. Von 2016 bis 2023 übernahm Jan Louis den Posten eines Vizepräsidenten der Universität. Harry Lehmann und Gustav Kramer haben über viele Jahre in wissenschaftlichen Leitungsgremien von DESY mitgearbeitet.

Graduiertenkollegs, Sonderforschungsbereiche und Kooperationen

Das II. Institut hat die beiden DFG Graduiertenkollegs „Theoretische Elementarteilchenphysik“ (1990-1999, Sprecher: Hermann Nicolai, Klaus Fredenhagen) und „Zukünftige Enwicklungen der Elementarteilchenphysik“ (2000 - 2009, Sprecher: Jochen Bartels) eingeworben. Es war außerdem maßgeblich am Sonderforschungsbereich „Teilchen, Strings und Frühes Universum“ (2006 - 2018, Sprecher: Jan Louis, Johannes Haller) beteiligt und ist es derzeit im Exzellenzcluster „Quantum Universe“ (seit 2019, Sprecher: Erika Garutti, Jan Louis, Peter Schleper, Geraldine Servant, Timo Wei­gand).

Das Institut wirkt ebenfalls im Zentrum für Mathematische Physik (gemeinsam mit dem Fachbereich Mathematik und der DESY-Theorie, seit 2003) und im Wolfgang-Pauli-Zentrum für Theoretische Physik (gemeinsam mit dem I. Institut für Theoretische Physik und der DESY-Theorie, seit 2013) mit.

Auszeichnungen

Mitglieder und ehemalige Mitglieder des Instituts haben zahlreiche Preise erhalten, u. a. wurde die Max-Planck-Medaille der Deutschen Physikalischen Gesellschaft an Harry Lehmann, Rudolf Haag, Martin Lüscher (1976 Promotion am Institut) und Detlev Buchholz verliehen. Harry Lehmann erhielt den Dannie Heinemann-Preis für Mathematische Physik und Rudolf Haag den Henri Poincaré-Preis der IAMP. Gerhard Mack und Hermann Nicolai waren Träger des Otto Klung-Preises, und Klaus Pohlmeyer, Detlev Buchholz, Klaus Fredenhagen, Hans Werner Wiesbrock (wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut 1987-89) und Volker Schomerus (Assistent am Institut 1995-2000) empfingen den Preis der Akademie der Wissenschaften zu Göttingen. Gustav Kramer war 1968-69 als Visiting Scientist im Argonne National Laboratory und als Distinguished Visiting Professor 1983-84 an der Ohio State University. Klaus Fredenhagen wirkte 1997 als Leibniz-Professor an der Universität Leipzig. Jochen Bartels erhielt 2011 die Ehrenprofessur der Fakultät für Physik der Universität St. Petersburg (Russland) und 2012 den Abate-Molina (Humboldt)- Forschungspreis vom Chilenischen Forschungsrat (CONICYT).

Liste der Professuren am Institut

• Harry Lehmann 1956 - 1986 (Emeritierung)
• Peter Stichel 1959 - 1970 (Ruf nach Bielefeld)
• Gustav Kramer 1961 - 1998 (Emeritierung)
• Kurt Meetz 1965 - 1967 (Ruf nach Bonn)
• Rudolf Haag 1967 - 1987 (Emeritierung)
• Bruno Renner 1970 - 1973 (verstorben)
• Gert Roepstorff 1972 - 1974 (Ruf nach Aachen)
• Klaus Pohlmeyer 1972 -1975 (Ruf nach Heidelberg)
• Frank Steiner 1974 - 1995 (Ruf nach Ulm)
• Gerhard Mack 1975 - 2005 (Emeritierung)
• Jochen Bartels 1978 - 2011 (Emeritierung)
• Detlev Buchholz 1979 - 1997 (Ruf nach Göttingen)
• Hermann Nicolai 1987 - 1995 (Ruf an das MPI für Gravitationsphysik, Golm)
• Klaus Fredenhagen 1990 - 2013 (Emeritierung)
• Bernd Kniehl (seit 1999)
• Jan Louis (seit 2000)
• Günter Sigl (seit 2007)
• Gudrid Moortgat-Pick (seit 2009)
• Sven-Olaf Moch (seit 2012)
• Gleb Arutyonov (seit 2014)
• Geraldine Servant (seit 2014)
• Timo Weigand (seit 2020)

(Quellen: Prof. Dr. Jochen Bartels, Prof. Dr. Klaus Fredenhagen, Prof. Dr. Gustav Kramer)