Die Anfänge
Das heutige Max-Planck-Institut für Physik wurde 1917 als Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik (KWI für Physik) in Berlin gegründet. Erster Direktor war Albert Einstein. Er leitete das Institut bis zu seiner Emigration in die USA 1933.
Einstein und sein Mentor Max Planck hatten zu Beginn des 20. Jahrhunderts eine neue Epoche der Physik eingeleitet, die beiden den Nobelpreis einbrachte. Max Planck erhielt für seine Arbeiten zur Quantenphysik 1918 den Nobelpreis . 1921 wurde Albert Einstein für seine Entdeckung des Gesetzes des fotoelektrischen Effekts mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. Als Vizedirektor kam Max von Laue 1922 zum KWI für Physik, der bereits 1914 den Physik-Nobelpreis für die Entdeckung der Röntgenstrahleninterferenz erhalten hatte. Nach dem Weggang Einsteins 1933 leitete Peter Debye, holländischer Physiker und Chemie-Nobelpreisträger von 1936, die Einrichtung.
Die Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. (KWG) war von 1911 an die Trägerin führender wissenschaftlicher Institute in Deutschland, die sich vor allem der Grundlagenforschung widmeten. Nach dem zweiten Weltkrieg wurde die KWG bei ihrer Wiedergründung nach Max Planck benannt. Bereits 1938, zehn Jahre vor der Gründung der Max-Planck-Gesellschaft, erhielt das Institut für Physik den Zusatznamen „Max-Planck-Institut“. Eine Vereinbarung zwischen der amerikanischen Rockefeller-Stiftung und dem dritten Reich ermöglichte die Finanzierung des Institutsbaus in Berlin.
Der zweite Weltkrieg
Nach Ausbruch des Zweiten Weltkriegs begannen die deutschen Militärbehörden 1939, ein geheimes Uran-Projekt am KWI für Physik einzurichten. In dem so genannten „Uranverein“ wurden namhafte Forscher wie Werner Heisenberg, Friedrich von Weizsäcker und Otto Hahn berufen. Ziel war die Entwicklung eines Kernreaktors für die Energiegewinnung, aber auch der Bau einer Atombombe.
Bis 1942 konnten die Wissenschaftler zumindest auf theoretischer Ebene einige Erfolge vorweisen. Allerdings hätte die Entwicklung einer Nuklearwaffe noch Jahre gebraucht, die Investitionskosten wären gewaltig gewesen. Da das Deutsche Reich zu dieser Zeit militärisch zurückstecken musste, rückte die Entwicklung einer Atombombe in den Hintergrund. Das Projekt wurde in zivile Verwaltung übergeben.
Im Juli 1942 wurde Werner Heisenberg als Direktor an das KWI für Physik berufen. Heisenberg hatte ähnlich wichtigen Einfluss auf die Entwicklung der modernen Physik wie seine berühmten Vorgänger Planck und Einstein. Er gilt als einer der Väter der Quantenmechanik – der Theorie, die das Verhalten der Moleküle, Atome, Atomkerne und der Elementarteilchen beschreibt. Dafür hatte er 1933 den Physik-Nobelpreis erhalten.
Heisenberg verlegte das Institut 1943 von Berlin nach Baden-Württemberg, in der Nähe der Ortschaft Hechingen auf der Schwäbischen Alb, wo es bis Kriegsende ansässig war. Dort baute er mit seiner Arbeitsgruppe einen Versuchs-Kernreaktor in einem Felsenkeller.
1946, kurz nach Kriegsende, bekamen die deutschen Physiker von der britischen Besatzungsbehörde die Erlaubnis, ihr Institut unter dem Namen Max-Planck-Institut für Physik wieder zu eröffnen – aber nicht in Berlin, sondern in Göttingen. Als Direktor blieb Werner Heisenberg weiter im Amt und leitete das Institut gemeinsam mit Vizedirektor Max von Laue.
Umzug nach München
1958 zog das Institut als Max-Planck-Institut für Physik und Astrophysik unter den Direktoren Werner Heisenberg und Ludwig Biermann nach München um. Der bekannte Architekt Sep Ruf hatte den Institutsneubau in München-Freimann entworfen.
Die Nachfolge Heisenbergs als Institutsleiter übernahm 1970 sein enger Mitarbeiter Hans-Peter Dürr. Er gilt als Vorreiter der Friedens- und Umweltbewegung. 1987 wurde er für sein Engagement mit dem Alternativen Nobelpreis des schwedischen Philanthropen Jakob von Uexküll ausgezeichnet.
Nach dem Tod Heisenbergs 1976 erhielt das Max-Planck-Institut für Physik (MPP) zu seinen Ehren den Beinamen „Werner-Heisenberg-Institut“.
Seit 2023 befindet sich das Institut am Forschungscampus Garching, in unmittelbarer Nähe der Max-Planck-Institute für extraterrestrische Physik, für Plasmaphysik, für Astrophysik und für Quantenoptik.
Forschungsausrichtung
1917 – 1955
Die Hauptaufgabe des KWI für Physik von 1917 bis 1933 bestand darin, finanzielle und materielle Ressourcen an Einrichtungen in Deutschland zu verteilen, um physikalische Forschung zu fördern. Nach dem Weggang Albert Einsteins im Jahr 1933, übernahm der holländische Physiker und Chemie-Nobelpreisträger, Peter Debye, die Leitung des Institutes. Ab 1936 startete er eine Modernisierungsphase, in der unter anderem ein „Blitzmast“ für Hochspannungsatomversuche gebaut sowie Geräte zur Untersuchung der Supraleitung installiert wurden.
Erst ab diesem Zeitpunkt ist das KWI für Physik ein Institut mit einer eigenen Forschungsprogrammatik. Seither beschäftigten sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit den grundlegendsten Fragestellungen der Teilchenphysik, der Astro(teilchen)physik und der Fusionsphysik.
Die beiden wichtigsten Forschungsgebiete nach der Wiedereröffnung des Instituts 1946 waren die Kernphysik, auf die sich Heisenberg während seiner Jahre in Berlin zunehmend konzentriert hatte, sowie die Erforschung der kosmischen Strahlung. Darüber hinaus begann die Plasmaphysik, insbesondere die Kernfusion, eine wichtige Rolle zu spielen. Der Alliierte Kontrollrat hatte die Forschung zur Energiegewinnung aus Kernspaltung im Nachkriegsdeutschland stark eingeschränkt.
1947 wurde unter der Leitung von Ludwig Biermann eine astrophysikalische Abteilung gegründet, deren Schwerpunkt auf der theoretischen Analyse hochionisierter Gase und deren Wechselwirkung mit Magnetfeldern lag. Die Erklärung des Sonnenwinds (1951), die später durch die Weltraumforschung bestätigt wurde, war eines der wichtigsten Ergebnisse dieser Ausrichtung. Infolgedessen entstand 1956 am Institut eine eigene Abteilung für Astrophysik.
1955 – 2000
1955 hatte Heisenberg beschlossen, den Schwerpunkt des MPP von der klassischen Kernphysik und der Kernspaltungstechnologie auf zwei wichtige neue Forschungsgebiete zu verlagern, die immer mehr Aufmerksamkeit erhielten:
- Thermonukleare Fusionsprozesse
- Elementarteilchenphysik sowie Experimente an Teilchenbeschleunigern
Was die Hochenergie-Teilchenphysik betrifft, so spielte Heisenberg eine Schlüsselrolle bei der Gründung des CERN. Heisenberg war der offizielle Vertreter Deutschlands bei der UNESCO-Konferenz in Paris 1951, auf der die erste Resolution zur Gründung des Europäischen Rates für Kernforschung (CERN) verabschiedet wurde. In dieser Funktion überzeugte er die damalige Regierung Deutschlands, eines der sechs Gründungsmitglieder zu werden und die erforderlichen Mittel für das CERN bereitzustellen. Heisenberg unterstützte auch eine zunehmende Beteiligung des MPP an Experimenten am CERN sowie am „Deutschen Elektronen-Synchrotron” (DESY). Das 1959 gegründete DESY in Hamburg, war das zweite europäische Beschleunigerzentrum, das Teilchenkollisionen bei hohen Energien untersuchte.
Ab den 1980er Jahren gehörte das MPP zu den treibenden Kräften für das spätere ATLAS-Projekt am CERN. Im Beschleunigerring Large Hadron Collider (LHC) werden mit dem gigantischen ATLAS-Detektor die Teilchenzerfälle nach Proton-Proton-Kollisionen aufgezeichnet und analysiert. Unter den Direktoren Friedrich Dydak, Volker Soergel und schließlich Siegfried Bethke wurden am Institut wesentliche Komponenten für den Detektor entwickelt und konstruiert.
Der 1990 an das Max-Planck-Institut für Physik berufene Julius Wess gehörte zu den herausragendsten Forschern der letzten 50 Jahre. Mit der Begründung der Supersymmetrie schuf er ein bahnbrechendes Modell für die Elementarteilchenphysik, für das es aber bis heute keine experimentelle Bestätigung gibt.
Ab 2000
Seit dem neuen Jahrtausend fokussiert sich die Forschung am MPP auf theoretische Modelle und Experimente, die nach „Neuer Physik“ suchen. Die Materieteilchen und die Austauschkräfte (starke, schwache und elektromagnetische Wechselwirkungen), mit denen sie wechselwirken, sind im kompakten und vielfach überprüften Standardmodell der Teilchenphysik beschrieben, das dank neuer experimenteller Ergebnisse immer weiter verfeinert wird. Allerdings beschreibt das Standardmodell die Physik des Universums nur zu einem kleinen Teil. Für viele beobachtbare Phänomene muss es daher zwingend eine Physik jenseits des Standardmodells geben. Beispiele dafür sind
- die Existenz der Dunklen Materie,
- die beschleunigte Ausdehnung des Universums,
- die Tatsache, dass Materie im Universum dominiert – wohingegen Antimaterie nicht mehr vorhanden ist.
Zudem kann das Standardmodell die im Kosmos allgegenwärtige Kraft, die Gravitation, nicht mit den Austauschkräften, die es beschreibt, vereinbaren.
Experimente mit MPP-Beteiligung arbeiten daran, das Verständnis der elementaren Materiebausteine im Zusammenspiel mit den Kräften voranzutreiben. Die bisher aufsehenerregendste Entdeckung war der Nachweis eines neuen Teilchens im Juli 2012 am CERN. Es handelte sich um den letzten Baustein des Standardmodells: das Higgs-Boson, das für die Masse aller Teilchen verantwortlich ist. An dessen Entdeckung waren Forschende des Max-Planck-Instituts für Physik über das ATLAS-Experiment maßgeblich beteiligt.
Weitere Experimente der jüngeren Zeit befassen sich mit der Suche nach Dunkler Materie und dem Nachweis bislang hypothetischer Teilchen und exotischer Zerfälle. Das Forschungsfeld der Gamma-Astronomie untersucht die Rolle von Astroteilchen bei kosmischen, hochenergetischen Phänomenen wie Supernovae, Aktiven Galaktischen Kernen oder Gammablitzen.
Die theoretische Teilchenphysik am MPP beschäftigt sich mit Präzisionsrechnungen, die es ermöglichen, Kollisionsereignisse in Beschleunigerexperimenten zu analysieren. Eine zunehmend wichtige Rolle spielen die mathematischen Grundlagen und Berechnungen der Teilchenphysik: Zum einen bietet sich mit der Stringtheorie ein schlüssiges Konstrukt, mit der sich die Quantenwelt mit der Gravitation in Einklang bringen lässt. Zum anderen liefert das noch junge und spannende Feld der „Scattering Amplitudes“ neue Ansätze, komplexe Gleichungen mithilfe von Geometrien zu visualisieren. Ein weiterer Forschungszweig beschäftigt sich mit Teilchenphysik auf kosmischen Skalen, etwa mit der quantenmechanischen Beschreibung von Schwarzen Löchern.
Ausgründungen
1960, zwei Jahre nach Umzug des Institutes von Göttingen nach München, kam es zur Gründung des Instituts für Plasmaphysik in Garching, einem Schritt, mit dem die wissenschaftliche Leitung um Heisenberg dem steigenden Bedarf nach neuen Energiequellen in Deutschland Rechnung trug. Heute gilt das seit 1971 eigenständige MPI für Plasmaphysik als eines der führenden Forschungszentren weltweit zur Entwicklung eines Fusionsreaktors. Zwanzig Jahre später, 1991, wurden die Teilinstitute für Astrophysik und für Extraterrestrische Physik zu eigenständigen Instituten. Die Leitung des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik übernahm Reimar Lüst, der spätere Präsident der Max-Planck-Gesellschaft.
1992 richteten die Max-Planck-Institute für Physik und Extraterrestrische Physik ein gemeinsames Halbleiterlabor ein. Das heutige Max Planck Halbleiterlabor entwickelt Detektoren für die Teilchenphysik und Astronomie. Seit 1993 existiert darüber hinaus ein weiteres „Enkelinstitut“ des MPIs für Physik: das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam.
Exzellenzinitiative: Entstehung des Universums
Zur Förderung der Spitzenforschung hat die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) zusammen mit dem Wissenschaftsrat im Jahr 2005 die Exzellenzinitiative ins Leben gerufen. In diesem Rahmen beteiligte sich das MPP am DFG-geförderten Exzellenzcluster „Ursprung und Struktur des Universums“, das 2006 an der Technischen Universität München gegründet wurde. Heute ist das Institut im Nachfolgeprojekt ORIGINS aktiv.
In diesem Projekt suchen etwa 200 Physikerinnen und Physiker nach Antworten, wie das Universum entstanden ist. Damit geht das MPP in interdisziplinären Projekten aktuellen und relevanten Fragen der Physik nach, was der herausragenden Bedeutung des Instituts in der deutschen Forschungslandschaft entspricht. Die Förderung des Clusters ist bis xxx verlängert worden.