Nobelpreislexikon

Den Nobelpreis für Physiologie und Medizin 2008 geht zur einen Hälfte an Harald zur Hausen für die Entdeckung der Auslösung von Gebärmutterhalskrebs durch humane Papillomaviren. Die andere Häfte des Preises geht an  Françoise Barré-Sinoussi und Luc Montagnier für die Entdeckung des HI-Virus (HIV), den Erreger von AIDS.

Papillomavirus, Elektronenmikroskopische Aufnahme

Der deutsche Mediziner Harald zur Hausen (*1936 in Gelsenkirchen) ist Virologe und forscht nach Stationen als Professor für Virologie an den Universitäten Nürnberg-Erlangen und Freiburg von 1982 bis 2003 am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg.  Zur Hausen gelingt der Nachweis der Entstehung von Gebärmutterhalskrebs aus Infektion mit bestimmten Humanen Papillomaviren (HPV). Seine Erkenntnisse führen schließlich zu der Möglichkeit einer Impfung gegen diese Viren.

Der französische Virologe Luc Montagnier (*1932 in Chabris, Frankreich), Professor und Leiter der Virologie am Institut Pasteur in Paris sowie seine Mitarbeiterin Françoise Barré-Sinoussi (*1947 in Paris), ebenfalls Virologin und Professorin am gleichen Institut, entdeckten 1983 das HI-Virus als Verursacher der damals neu aufgetretenen und sich seitdem weltweit verbreitenden Immunschwäche-Krankheit AIDS.

 

HI-Virus löst sich aus infizierter Wirtszelle (menschliche Immunzelle)

Hintergrund:

Humane Papillomaviren sind auch als Warzenviren bekannt und gehören zur Gruppe der Doppelstrang-DNA-Viren. Diese Viren sind häufig und können auf der Haut bzw. in den Schleimhäuten die Bildung von zumeist gutartigen Warzen und Tumoren verursachen. Bestimmte HP-Viren sind als wesentlicher Verursacher von Gebärmutterhalskrebs (Zervixkarzinom) anzusehen. Seit 2006 gibt es die Möglichkeit der Impfung gegen HP-Viren, wovon eine Senkung des Risikos an Gebärmutterhalskrebs zu erkranken erwartet wird.

HI-Viren, auch kurz HIV (human immunodeficiency virus), gehören zur Gruppe der Retroviren, das sind Einzelstrang-RNA-Viren. HI-Viren sind Auslöser der Immunschwäche AIDS (acquired immunodeficiency syndrome), die sich als Krankheit sehr rasch und weltweit zu einer Pandemie entwickelt hat. (Zeitweise war umstritten, ob nicht der amerikanische Virologe Robert Gallo zuerst menschliche Retroviren und den HI-Virus als Auslöser von AIDS entdeckt hat.  Inzwischen gilt mehrheitlich Montagnier als Erstentdecker.)

Weblinks (mit Bildern):

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2008/ (Seite der Nobelstiftung)
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2008/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physiologie und Medizin 2009 teilen sich Elizabeth Blackburn, Carol W. Greider und Jack Szostak für ihre Entdeckung wie Chromosome durch Telomere und das Enzym Telomerase geschützt werden.

Die australisch-amerikanische Molekularbiologin Elizabeth Helen Blackburn (*1948 in Hobart, Tasmanien, Australien), vielfach ausgezeichnete Forscherin auf dem Gebiet der Telemerase und Professorin an der Universität Berkeley (Kalifornien) sowie ihre ehemalige Doktorandin, die amerikanische Molekularbiologin Carol W. Greider (*1961 in San Diego, Kalif., USA), heute Professorin an der John Hopkins Universität in Baltimore (Maryland), entdecken 1984 in Wimpertierchen (Einzeller der Gattung Tetrahymena) das Enzym Telomerase, das beim Aufbau der Endstücke in Chromosomen, den Telomeren, entscheidend beteiligt ist. Blackburn berichtet bereits 1980 von ihrer Beobachtung, dass sich an Chromosmenenden bestimmte Nukleotidsequenzen häufig wiederholen. Der englisch-amerikanische Molekularbiologe Jack William Szostak (*1952 in London, GB) entdeckt u.a. den unerwartet schnellen Abbau bestimmter linearer DNA, die als Minichromosomen betrachtet werden können, beim Einbau in Hefezellen. Seit den 1980iger Jahren verfolgen er und Elisabeth Blackburn gemeinsame Projekte auf dem Gebiet der Telomere. Szostak ist heute Professor an der Universität Harvard in Cambridge (Massachusetts).

Hintergrund:  Telomere sind DNA-Sequenzen an Chromosomenenden, die sich durch tausendfache Wiederholung charakteristischer Nukleotidsequenzen auszeichnen. Telomere spielen eine entscheidende Rolle bei der Zellteilung und für den Zelltod. Bei jeder Zellteilung gehen am Ende Nukleotidsequenzen verloren, bis ab Unterschreitung einer bestimmten Mindestlänge der Zelltod eintritt.
Die Telomerase ist ein Enzym, chemisch gesehen ein bestimmter RNA-Protein-Komplex, das den Wiederaufbau abgebauter Nukleotidbasen in Telomeren katalysiert. Die Telomerase kommt daher nur in Zellen vor, in denen kein Zelltod genetisch programmiert ist, solche Zellen sind beispielsweise (embryonale) Stammzellen, bestimmte Immunzellen sowie Krebszellen.
Telomere und Telomerase sind ein aufregendes Gebiet der Molekularbiologie. Sie spielen einerseits eine große Rolle bei der Entstehung und Bekämpfung von Krebs, andererseits wird ihr Zusammenspiel für die gewünschte Erneuerung von Gewebe und mit Blick auf eine mögliche Lebensverlängerung weltweit intensiv erforscht und diskutiert.

Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2009/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2009/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physik 2008 erhielt zur einen Hälfte Yōichirō Nambu für die Entdeckung des Konzepts der spontan gebrochenen Symmetrie in der Teilchenphysik. Die andere Häfte des Preises ging an Makoto Kobayashi und Toshihide Masukawa für die Entdeckung des Ursprungs der gebrochenen Symmetrie, welche die Existenz von mindestens drei Quarkfamilien voraussagt.

Der vielfach ausgezeichnete japanisch-amerikanische Physiker Yōichirō Nambu (*1921 bei Tokio, Japan) setzt nach seiner Promotion an der Universität in Tokio seine theoretisch-physikalischen Studien an der University of Chicago fort. Nambu formuliert das in der theoretischen Physik außerordentlich bedeutsame mathematische Konzept der spontanen Symmetriebrechung, das bestimmte Energiezustände von Teilchen zu beschreiben vermag. Nambu erarbeitet auch das Konzept der Farbladung für Quarks (vgl. Physiknobelpreis 2004) und gilt als einer der Väter der Stringtheorie. Die japanischen Physiker Makoto Kobayashi (*1944 in Nagoya, Japan), Wissenschaftler am Teilchenbeschleuniger in Tsukuba, und Toshihide Masukawa (*1940 in Nagoya, Japan), Professor für theoretische Physik an der Universität von Kyōto, sagen zu Anfang der 1970iger Jahre mit Hilfe der gebrochenen Symmetrie im Standardmodell der Teilchenphysik die Existenz von Quarks der 3. Generation voraus, das sogenannte Bottom-Quark und das Top-Quark, deren Existenz Jahre später auch experimentell bestätigt wird.

Man vergleiche mit dem Nobelpreis für Physik 2013.

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http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2008/ (Seite der Nobelstiftung)

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Mit dem Nobelpreis für Physik 2007 wurden Albert Fert und Peter Grünberg für ihre Entdeckung des Riesenmagnetwiderstands ausgezeichnet.

Der französische Physiker Albert Fert (*1938 in Carcassonne, Frankreich), Professor an der Universität Paris-Süd, und der deutsche Physiker Peter Grünberg (*1939 in Pilsen, Tschechische Republik), Wissenschaftler am Forschungszentrum Jülich sowie Professor an der Universität Köln, entdecken 1987 unabhängig voneinander in speziellen, abwechselnd angeordneten dünnen Schichten aus Metallen wie Eisen und Chrom den technisch sehr bedeutenden Effekt des Riesenmagnetwiderstands, englisch: GMR-Effekt (giant magnetoresistance).

Hintergrund: Der Effekt des Riesenmagnetwiderstandes kann auftreten, wenn zwei ferromagnetische Schichten durch eine nur wenige Nanometer starke nichtmagnetische Schicht getrennt werden. In diesem Fall können geringe Änderungen eines Magnetfeldes starke Änderungen beim elektrischen Widerstand erzeugen. Praktisch nutzbar wird dieser Effekt beim Lesen magnetisch gespeicherter Information, wie sie für Festplatten in Computern vorliegt. Somit wird für Leseköpfe in modernen Festplatten seit 1997 der Effekt des Riesenmagnetwiderstandes, auch kurz GMR-Effekt, genutzt. Dadurch werden sowohl hohe Speicherkapazitäten in Festplatten als auch hohe Lesegeschwindigkeiten ermöglicht.

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http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2007/press-ty.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physik 2006 teilen sich John C. Mather und George F. Smoot für ihre Erforschung der kosmischen Hintergrundstrahlung.

Die zwei amerikanischen Astrophysiker John Cromwell Mather (*1946 in Roamoke, Virg., USA)  und George Fitzgerald Smoot (*1951 in Yukon, Flor., USA) kommen von renommierten Universitäten: Mather promoviert in Berkeley und Smoot am MIT (Massachusetts Institute of Technolgy). Beide arbeiten fortan für die NASA (Nationale Luft- und Raumfahrtbehörde der USA) auf dem Gebiet der Teilchenphysik im Rahmen von Untersuchungen zur Urknalltheorie zur Entstehung des Universums. Hierbei spezialisieren sie sich auf die Erforschung der Kosmischen Hintergrundstrahlung. Die experimentellen Messungen dazu erfolgen mit dem NASA-Satelliten COBE („Cosmic Background Explorer“), der 1989 in seine Umlaufbahn geschickt wurde.

Kosmische Hintergrundstrahlung gemessen mit dem Satellit COBE

Hintergrund: Unter der kosmischen Hintergrundstrahlung wird meist die kosmische Hintergrundstrahlung im Mikrowellenbreich verstanden. Diese elektromagnetische Strahlung kann keinen konkreten Quellen zugeordnet werden und wird seit der Entstehung des Universums ausgesendet. Durch die andauernde räumliche Expansion des Universums verschiebt sich die kosmische Hintergrundstrahlung mit der Zeit in den roten Bereich, d.h. in den Mikrowellenbereich, hinein. Diese „Rotverschiebung“ gilt auch als Bestätigung der Urknalltheorie zur Entstehung des Universums.

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http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2006/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2006/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physik 2005 erhielt zur einen Hälfte Roy J. Glauber für seine quantentheoretische Betrachtung der optischen Kohärenz. Die andere Häfte des Preises ging an John Lewis Hall und Theodor Hänsch für ihre Beiträge zur Entwicklung der laserbasierten Präzisionsspektroskopie, einschließlich der Technik des optischen Frequenzkamms.

Der amerikanische Physiker Roy Jay Glauber (*1914 in New York City) arbeitete als junger Wissenschaftler während des 2. Weltkriegs am Manhattan Projekt (Projekt zur Entwicklung der amerikanischen Atombombe) mit. Er promoviert in Harvard, wo er später auch als Professor lehrt, über Quantenfeldtheorie. Schließlich forscht Glauber an der University of Arizona als Spezialist auf dem Gebiet der Quantenoptik.  Die Physiker John Lewis Hall (*1934 in Denver, Col. , USA), Physikprofessor an der University of Colorado, und Theodor Hänsch (*1941 in Heidelberg, Deutschland), zeitweise Professor für Laserphysik und Quantenoptik an der Stanford University sowie zuletzt mit Lehrstuhl an der LMU München, gelten als Pioniere der experimentellen Laserphysik. Nach Angaben bei Wikipedia gehören der Nobelpreisträger Carl Wieman (vgl. Physiknobelpreis 2001) und der Apple-Mitgründer Steve Jobs zu den Schülern von Hänsch.

Hintergrund: Das Gebiet der Quantenoptik berücksichtgt die Quanteneigenschaften, d.h. die Teilcheneigenschaft, elektromagnetischer Strahlung. Laserlicht besteht aus einer monochromatischen, kohärenten (phasengleichen) Strahlung. Mit dem Frequenzkamm von Hänsch sind sehr exakte Frequenzbestimmungen elektromagnetischer Strahlung möglich geworden. Große technische Bedeutung hat dieser Frequenzkamm beispielsweise bei der Optimierung der Datenübertragung in Lichtleitern sowie bei der satellitengestützten GPS-Positionsbestimmung.

Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2005/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2005/press-ge.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physik 2004 teilen sich David Gross, David Politzer und Frank Wilczek für die Entdeckung der „asymptotischen Freiheit“ in der Theorie der Starken Wechselwirkung.

Die drei amerikanischen Physiker David Gross (*1941 in Washington D.C.), David Politzer (*1949 in New York City) und Frank Wilczek (*1951 in New York City) kommen von den renommiertesten Universitäten der USA: Gross promoviert in Berkeley, geht anschließend nach Harvard und Princeton und lehrt danach als Professor für theoretische Physik an der University of California. Politzer promoviert in Harvard und lehrt als Professor für theoretische Physik am Calltec (California Institute of Technology in Pasadena) und Wilczek promoviert in Princeton bei Gross und lehrt, ebenfalls Professor für theoretische Physik, am MIT (Massachusetts Institute of Technolgy). Alle drei Physiker sind auch hervorragende Mathematiker und dazu Spezialisten auf dem Gebiet der energetischen Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen. Sowohl Gross und sein Doktorand Wilczek als auch – unabhängig von den beiden – David Politzer leiteten 1973 mathematisch eine besondere Eigenschaft der Starken Wechselwirkung (d.h. der Kernkräfte) bei den Quarks ab, nämlich die sogenannte „asymptotische Freiheit“. Asymptotische Freiheit bedeutet, dass diese Wechselwirkung mit Annäherung zweier Quarks zueinander schwächer wird. Ihre Forschungsergebnisse brachten damit die Theorie der Quantenchromodynamik zur Erklärung der Wechselwirkungen zwischen Elementarteilchen auf den Weg.

Hintergrund: Quarks sind Elementarteilchen, aus denen die bekannten Protonen und Neutronen in den Atomkernen aufgebaut sind. Es werden ihnen in Anlehnung an die Farbenlehre neben elektrischen Ladungen auch sogenannte Farbladungen zugeordnet, nämlich rot, blau oder grün, wobei Quarks nie isoliert auftreten, sondern nur so kombiniert, dass ihre Farbladungen sich gewissermaßen zu weiß addieren. Die Betrachtung der Kräfte (Kernkräfte bzw. Starke Wechselwirkungen) zwischen den Quarks ist Gegenstand der Theorie der Quantenchromodynamik.

Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2004/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2004/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physik 2003 teilen sich Alexei Abrikossow, Witali Ginsburg und Anthony James Leggett für ihre bahnbrechenden Arbeiten über Supraleiter und Suprafluide.

Die vielfach ausgezeichneten russischen Physiker Alexei Alexejewitsch Abrikossow (*1928 in Moskau) und Witali Ginsburg (*1916 in Moskau; †2009 in Moskau) forschten als Spezialisten im Bereich der Supraleitung lange Zeit in Moskau und später in den USA. Auf ihrem Gebiet fanden sie eine neue Supraleitung der 2. Art, dazu erweiterten sie die theoretische Erklärungsmodelle für die Supraleitung. Der englische Physiker Sir Anthony James Leggett (*1938 in Camberwell bei London, GB) ist Oxford-Absolvent und lehrte zuletzt an der Cornell-University (Ithaca, NY, USA).  Seine Forschungsschwerpunkte liegen auf dem Gebiet des supraflüssigen Zustandes, wie er für Helium bekannt ist.

Hintergrund: Supraleiter und Supraflüssigkeiten bzw. Suprafluide sind spezielle Zustände der Materie, die als makroskopische Quantenzustände gelten können, wie sie für Bosonen mit ganzzahligem Spin gemäß Bose-Einstein-Statistik (vgl. Physiknobelpreis 2002) bereits 1924 vorausgesagt wurden.
Supraleitung liegt vor, wenn der elektrische Widerstand bei supraleitenden Stoffen ab einer bestimmten Temperatur T_c nahezu verschwindet und äußere Magnetfelder abgestoßen werden. Liegt die kritische Temperatur T_c oberhalb des Siedepunktes von Stickstoff (77,3 K bzw. -196°C), spricht man von Hochtemperatur-Supraleitern. Eine besonders augenscheinliche Eigenschaft ist das Schweben von Magneten über Supraleitern. Den bekanntesten Erklärungsansatz, der insbesondere für metallische Supraleiter gilt, liefert die BSC-Theorie, in der Elektronen sogenannte Cooper-Paare bilden.  Cooper-Paare haben einen Spin von Null und können als Bosonen angesehen werden.
Suprafluidität ist bislang für die Helium-Isotope ³H und ⁴H sowie für das Lithum-Isotop ⁶Li beobachtet worden und weist als bekannteste Eigenschaft ab einer bestimmten sehr tiefen Temperatur knapp über 0 K eine reibungslose Kriechfähigkeit, die für den supraflüssigen Zustand charakteristisch ist, auf. Im quantenmechanischen Erklärungsansatz auf Basis der Bose-Einstein-Statistik muss angenommen werden, dass das Helium-Isotop ³H sich ähnlich der Cooper-Paare der Elektronen bei der Supraleitung als dimere Einheiten, d.h. als Bosonen, verhalten. Es gibt dazu weitere Erklärungsansätze.

Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2003/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2003/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physik 2002 erhielten zur einen Hälfte Raymond Davis Jr. und Masatoshi Koshiba für ihre bahnbrechende Arbeiten in der Astrophysik, insbesondere für den Nachweis kosmischer Neutrinos. Die andere Häfte des Preises ging an Riccardo Giacconi, ebenfalls für bahnbrechende Arbeiten in der Astrophysik, dabei insbesondere für die Entdeckung kosmischer Röntgenstrahlungsquellen.

Der amerikanische Chemiker Raymond Davis Jr. (*1914 in Washington D.C., USA;  †2006 in Blue Point, NY, USA ), von 1948 bis 1984 Forscher am Brookhaven National Laboratory (auf Long Island, NY) sowie schließlich Professor für Physik und Astronomie an der University of Pennsylvania, und der japanische Physiker Masatoshi Koshiba (*1926 in Toyohashi, Japan), Physikprofessor in Tokio, der 1987 am DESY in Hamburg arbeitete, entwickelten den experimentellen Nachweis von kosmischen Neutrinos. Die zweite Häfte des Nobelpreises ging an den italienischen Physiker Riccardo Giacconi (*1931 in Genua, Italien), zeitweise Professor für Astronomie an der Harvard University, in den 90iger Jahren  an der Universität in Mailand und Generaldirektor der Europäischen Südsternwarte in Garching bei München, zuletzt an der John-Hopkins-University in Baltimore (USA), für seine radioastronomischen Entdeckungen, insbesondere der Entdeckung von kosmischen Röntgenstrahlungsquellen wie die bereits 1962 entdeckte Röntgenstrahlenquelle Scorpius-X1 .

Spuren von Neutrinos aus beta-Zerfall in Blasenkammer

Hintergrund: Neutrinos sind elektrisch neutrale Elementarteilchen von so extrem geringer Masse, dass es lange Zeit für kaum möglich gehalten wurde, diese Teilchen experimentell nachzuweisen. Zur experimentellen Detektion von kosmischen Neutrinos bedarf es der Konstruktion aufwändig von anderen Strahleneinflüssen abgeschirmter Neutrinodetektoren (beispielsweise das GALLEX in Italien).

Weblinks (mit Bildern):
http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2002/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2002/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

Den Nobelpreis für Physik 2001 teilen sich Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle und Carl E. Wieman für die erstmalige Erzeugung des Bose-Einstein-Kondensats bei verdünnten Gasen aus Alkalimetallatomen sowie für grundsätzliche Studien über die Eigenschaften des Bose-Einstein-Kondensats.

Dem amerikanischen Physiker Eric Allin Cornell (*1961 in Palo Alto, Calif., USA), Absolvent der Stanford University und zuletzt Professor am Joint Institute for Laboratory Astrophysics (University of Colorado, USA), dem deutsche Physiker Wolfgang Ketterle (*1957 in Heidelberg), Professor am MIT (Massachusetts Institute of Technology) in Cambridge (USA), und dem amerikanische Physiker Carl Edwin Wieman (*1951 in Corvallis, Oreg., USA), seit 1987 Physikprofessor an der University of Colorado, gelangen im Jahr 1995 mittels einer magnetischen Falle die experimentelle Realisierung eines von Bose und Einstein bereits 1924 vorausgesagten makroskopischen Quantenzustandes, des sogenannten Bose-Einstein-Kondensats, an Gasen aus Alkalimetallatomen.

Hintergrund: Quantenmechanische Eigenschaften, etwa die Welleneigenschaft der Materie, lassen sich experimentell eigentlich nur im Mikrokosmos an Teilchen atomarer Größenordnung aufzeigen. Satyendranath Bose und Albert Einstein sagten 1924 für bestimmte Teilchen, den Bosonen, einen makroskopisch beobachtbaren Quantenzustand voraus. In diesem Zustand der Materie, dem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat, sind alle Bosonen-Teilchen ununterscheidbar und räumlich delokalisiert. Bosonen sind dabei Teilchen, die einen ganzzahligen Spin (quantenmechanischer Drehimpuls) aufweisen, wie beispielsweise alle Isotope von Atomkernen, die aus einer geradzahligen Summe aus Neutronen und Protonen bestehen. Neutronen und Protonen (und auch die Elektronen) wiederum sind sogenannte Fermionen und besitzen einen halbzahligen Spin.

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http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2001/ (Seite der Nobelstiftung)

http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2001/press.html (Pressemeldung der Nobelstiftung)

http://jila.colorado.edu/bec/CornellGroup/ (Seite der AG von Eric Cornell)