Der Supra-Held

Experimente im Labor sind nicht seine Stärke. Dennoch ist Andrew Millis ein preisgekrönter Physiker. Seine Forschung schafft die theoretische Grundlage für neue Technologien, die uns allen das Leben erleichtern könnten.
Dass Physik eher nicht seine Stärke ist, erfuhr Andrew Millis im College: „Wenn ich zu viel elektrische Spannung auf einen Transistor gab", erzählt er, „fing er an zu rauchen und machte ein etwas seltsames Geräusch."
Trotzdem ist Millis heute nicht nur Physiker, sondern beschäftigt sich ausgerechnet mit Problemen, bei denen viele Elektronen durch ein Material sausen. Doch Schaltkreise schmoren bei ihm nicht mehr. Während viele seiner Kollegen die Natur mit Mikroskopen und Lasern ergründen, arbeitet Millis mit seinem Kopf – und mit Computermodellen.
Alles begann 1987 auf einer Konferenz in New York City. Damals stellten Physiker im voll besetzten Festsaal des „Hilton"-Hotels ihr völlig überraschendes Forschungs­ergebnis vor. Es ging um die Supraleitung, einen exotischen Zustand bestimmter Materialien, die bei extremer Kühlung Strom ohne Energieverluste leiten können.

Die Wissenschaftler zeigten, dass sich die Supraleitung nicht nur, wie bisher angenommen, bei unter minus 269 Grad Celsius einstellt, sondern schon bei minus 200 Grad. Dieser immense Temperatursprung nach oben war wenige Monate später einen Nobelpreis wert, brachte er doch ein ganzes Theoriegebäude ins Wanken.

Denn 1957 hatten mehrere US-Physiker eigentlich mit einer schlüssigen Theorie erklärt, warum sich supraleitende Eigenschaften nur bei minus 269 Grad – wenige Grade über dem absoluten Nullpunkt – zeigen. Nun sollte den Experimenten zufolge alles anders sein – und niemand wusste, warum.
Andrew Millis
Andrew Millis studierte Physik an der Harvard University und promovierte 1986 am Massachusetts Institute of Technology. Seit 2001 ist er Professor für Physik an der Columbia University. Im November 2017 erhält er den Hamburger Preis für Theoretische Physik, den die Joachim Herz Stiftung in Kooperation mit dem Hamburg Centre for Ultrafast Imaging (CUI) vergibt.
Vision: Supraleitung bei Raumtemperatur
Danach stand sofort die große Vision im Raum: ein Supraleiter, der bei Raumtemperatur und damit ohne jede Kühlung funktioniert – ein Menschheitstraum. Ein solcher verlustfreier Leiter könnte Motoren und Generatoren sparsamer und kleiner machen, beispielsweise in Zügen oder Windturbinen, und Strom über weite Strecken ohne nennenswerte Verluste übertragen. Das alles könnte einmal möglich sein, wenn denn die Physiker verstehen würden, was genau bei solchen Hochtemperatur-Supraleitern im Kristallgitter passiert.
„Meine Damen und Herren, dieser Mann ist ein Lügner!"
Andrew Millis war damals ein junger Absolvent des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und beobachtete aufbrandende Grabenkämpfe der erfahrenen theoretischen Kollegen. Die machten sich nämlich gleich an die Arbeit, um ihr wankendes Theoriegebäude zu stützen. Thesen zur Erklärung der Supraleitung bei höheren Temperaturen wurden vorgeschlagen und verworfen. Aber statt das Problem gemeinsam zu lösen, zerstritten sich die theoretischen Physiker. Auf Konferenzen fielen sie einander ins Wort. Einer sprang während des Vortrags eines Kollegen auf und rief ins Publikum: „Meine Damen und Herren, dieser Mann ist ein Lügner!"

In Wahrheit aber passte damals keine der vorgeschlagenen Theorien wirklich gut. Spricht man Andrew Millis auf diese Jahre an, muss er schmunzeln und zitiert Charles Dickens: „It was the best of times, it was the worst of times." Millis erinnert sich daran lieber als die beste aller Zeiten. Über die Jahre entwickelten sich aus dem Streit verschiedene Denkschulen, wie die neu entdeckten Supraleiter funktionieren. Und Millis ist mittendrin.

Supraleitung einfach erklärt
Dabei geht Millis Wege, die viele seiner Kollegen meiden. „Ich besuche gelegentlich die Labore", sagt er. Nur um zu reden, versteht sich. „Die Kollegen versuchen dann, mich tunlichst von ihren Geräten fernzuhalten", sagt er. Die auf riesige Tische montierten Laser, Spiegel und Linsen sind sensibel gegenüber jeder unbedachten Berührung. Und vielleicht hat sich auch Millis' Geschichte mit dem Transistor herumgesprochen.

Doch die Türen öffnet man ihm trotzdem gern – denn um bei der Entwicklung der Supraleiter gar bis zur Raumtemperatur zu kommen, muss immer noch eine Temperaturdifferenz von über 200 Grad Celsius überwunden werden. Und dazu wäre eine allumfassende Theorie der Supraleitung sehr hilfreich.
Auf der Suche nach der großen Theorie
„Ich mag einfach komplizierte Probleme. Und nach ein paar Jahren suche ich mir für gewöhnlich ein neues."
Ob dieser Supraleiter tatsächlich bald gefunden wird, ist umstritten. „Die Theoretiker behaupten immer, dass Dinge in der Praxis bereits funktionieren müssten", sagt Alexander Lichtenstein, theoretischer Physiker an der Universität Hamburg. Bisher tun sie das aber nicht. Andrew Millis hat Lichtenstein zufolge allerdings das Zeug dazu, mit der Theorie der Hochtemperatur-Supraleiter schon bald voranzukommen: Gemeinsam mit mehreren Kollegen konnte der US-Amerikaner zumindest eine von mehreren Formen der minus 200 Grad Celsius warmen Supraleitung theoretisch erklären – ein erster Schritt zur großen Theorie.

Außerdem ist Millis umtriebig. Seit Jahren engagiert er sich für die Simons Foundation, die Millionensummen für Theorieforschung in Mathematik und Physik ausgibt. Derzeit baut er ein neues Institut in New York City auf, in dem schon bald 40 theoretische Physiker an der Lösung derartiger Probleme arbeiten sollen – eine in diesem Feld ungewöhnlich große Einrichtung.

Möglicherweise ergibt die neue große Theorie, dass Supraleiter bei Raumtemperatur auf ewig Science-Fiction bleiben. Die Arbeit von Andrew Millis würde dann zunächst keine weltverändernden Technologien ermöglichen, sondern nur Physiklehrbücher bereichern.

Doch es sind ohnehin nicht neue Technologien oder die entschärfte Energiekrise, die Andrew Millis antreiben: „Ich mag einfach komplizierte Probleme", sagt er. „Und nach ein paar Jahren suche ich mir für gewöhnlich ein neues."
Autor: Karl Urban
Fotos: Simons Foundation
Video: Max Planck Institute for Solid State Research