Frieder Lenz

Frieder Lenz was born on 12 November 1942. In 1962, he began studying physics at the University of Freiburg. He completed his doctorate in 1971 under the supervision of the renowned nuclear physicist Hans Marschall. His dissertation already made a significant impact: he laid the foundations for a model-independent analysis of elastic electron-nucleus scattering, which went on to have a lasting influence in the field.

Between 1972 and 1976, Frieder Lenz held postdoctoral positions at MIT (Boston) and SIN (Villigen). During this time, he not only established his reputation but also forged long-standing scientific relationships that would shape decades of fruitful collaboration. Among his close collaborators were Ernie Moniz and John Negele from MIT, Justus Koch from Boston University, Koichi Yazaki from the University of Tokyo, and Michi Hirata from Hiroshima. These distinguished scientists were united by a deep mutual friendship, centred around the intellectual and personal presence of Frieder Lenz.

In 1976, Frieder Lenz completed his habilitation in Freiburg. The subsequent decade saw him leading the theory group at SIN, while also lecturing at ETH Zurich. It was during this period, as a postdoctoral researcher, that I had the privilege of joining his group. SIN (Swiss Institute for Nuclear Research, now the Paul Scherrer Institute, PSI), located near Zurich, was one of only three “meson factories” worldwide, alongside LAMPF (Los Alamos) and TRIUMF (Vancouver). These were proton accelerators designed to produce intense pion beams with energies of several hundred MeV. Nuclear physics was on the cusp of a new era in the study of strong interactions. Researchers began to realise that nuclear structure could be probed not only through classical nucleonic particle-hole excitations but also via subnucleonic degrees of freedom within nucleons.

At SIN’s energy scales, this shift manifested in the Delta resonance (spin 3/2, isospin 3/2, 1232 MeV), which appeared prominently in pion-nucleus scattering data. Frieder Lenz and his collaborators developed a theory to describe the production and propagation of this extremely short-lived Delta resonance within the nucleus. The focus of study moved from pion-nucleus interactions to Delta-nucleus interactions and the dynamics of Delta-hole states, which could also be excited electromagnetically. His group produced state-of-the-art multi-particle calculations which remain relevant to this day. Notably, the Delta-nucleus potential—extracted from pion-nucleus scattering data and including a spin-orbit term identified for the first time—continues to be employed in the analysis of high-energy heavy-ion collisions.

This enduring relevance is particularly remarkable considering the working conditions for theoretical physicists half a century ago. I vividly recall an era without PCs or the internet, reliant instead on a central computing facility. The only personal data storage consisted of long trays of punch cards or thick stacks of continuous printer paper. Each test run of a programme could take an entire day. Preprints were physically posted across the globe and only became available in libraries after a substantial delay. Yet the cumbersome nature of numerical computation fostered deeper analytical approaches—one had to fully explore a problem analytically before resorting to numerics. This nurtured formal and mathematical skills, which Frieder Lenz exemplified with exceptional mastery.

During his tenure at SIN, Frieder Lenz emerged as a leading figure in medium-energy nuclear physics. Meanwhile, revolutionary developments in high-energy physics were reshaping our understanding of the strong interaction, culminating in the emergence of quantum chromodynamics (QCD). Quarks, gluons, asymptotic freedom, and confinement became the dominant concepts, gradually eclipsing the focus on nucleons and mesons. This transition was already evident in Lenz’s work toward the end of his time at SIN. Together with colleagues, he constructed a solvable many-body model with confinement but without van der Waals forces and explored its properties. The field’s interest was shifting from traditional nuclear physics towards fundamental questions in strongly interacting quantum field theories.

In 1986, Frieder Lenz was appointed to the Chair of Theoretical Physics III in Erlangen. Two years later, I was fortunate to join him there through a Fiebiger Professorship. My initial impression was that the SIN theory group had simply relocated to Erlangen. The familiar flow of visiting scholars continued unabated, and many new ones joined. Two significant changes reflected the transition from a research institute to a university environment: direct collaboration with experimental groups diminished, and greater emphasis was placed on teaching. Frieder Lenz’s research evolved rapidly in a more theoretical direction, spurred by the success of QCD as the theory of strong interactions. His focus shifted from medium-energy nuclear physics to gauge field theories, quarks, and gluons. He developed a profound interest in fundamental theoretical issues such as spontaneous symmetry breaking, the Higgs mechanism, confinement, and light-cone quantisation. Nevertheless, his motivation and primary concern always lay with the physical, not merely the formal-mathematical, aspects.

In particular, Frieder Lenz initiated important studies on symmetries in gauge field theories within quantum mechanics. As a warm-up, Abelian theories (QED, Abelian Higgs models) were reconsidered from a novel perspective, followed by significant developments in QCD in axial gauge. He and his collaborators made notable progress in clarifying symmetry structures by carefully distinguishing between physical, global symmetries and local gauge symmetries. They showed, for example, that the relevant symmetry in quantum electrodynamics is a global residual gauge symmetry he termed “displacement symmetry.” Unlike the conventional textbook interpretation, this symmetry remains unbroken in the Higgs phase but is spontaneously broken in the Coulomb phase, with the photon acting as the associated Goldstone boson. The widespread explanation of photon masslessness via local gauge invariance and spontaneous breaking through the Higgs mechanism does not hold up under quantum mechanical scrutiny, as it depends on an unjustified reversal of the order of gauge fixing and quantisation.

The Chair of Theoretical Physics III consistently attracted excellent undergraduate and doctoral students, many of whom went on to pursue successful academic careers in Germany, the United States, and beyond. A particular boost came from a structured graduate programme (Graduiertenkolleg) that Frieder Lenz initiated in collaboration with Klaus Rith’s experimental chair and two theoretical colleagues from Regensburg, Wolfram Weise and Ernst Werner. The programme was renewed multiple times, operating for many years even in collaboration with successors at the partner institutions. A highlight of each academic year were the workshops held in Waischenfeld or Kloster Banz, where a small number of distinguished speakers were invited to give extended lectures without time constraints. Each speaker was assigned two doctoral students responsible for preparing lecture notes, which often resulted in publications within the Lecture Notes in Physics series and provided excellent opportunities for close interaction between students and faculty.

Beyond these workshops, regular exchange with the University of Regensburg was fostered through joint study days alternating between Erlangen and Regensburg, involving all doctoral and diploma students and faculty. Weekly commuting during term time enabled deep collaboration and even led to university changes prior to graduation, as well as to the development of an accelerated study programme after the graduate college concluded.

Teaching activities at the Chair were enriched through structured seminars during term breaks, often involving summer visitors. Frieder Lenz typically selected a contemporary topic, and participants would educate one another through informal blackboard talks over the course of a week.

In the final years of his active career, Frieder Lenz turned his attention to quantum field theory in accelerated frames (keywords: Rindler space, Unruh effect). He also began to offer highly popular lectures on general relativity, marking a broader shift within particle theory towards gravity—a shift reflected in the appointment of his successor, Thomas Thiemann, and the renaming of the Chair to “Quantum Gravity.” For those who never had the opportunity to attend one of his lectures, his (apparently only) recorded public lecture from 2005, Einstein’s Space-Time, delivered at the Collegium Alexandrinum of FAU, is highly recommended (available here).

Frieder Lenz will be remembered for his charisma, kindness, openness, and, above all, his infectious enthusiasm for physics. He always taught using chalk and blackboard—never with slides, scripts, or projectors. Students regarded him as strict but fair in examinations, a reputation he valued. Attempts by colleagues or visitors to persuade him to compromise on solving difficult problems were invariably met with his firm motto: “no cheap thrills.”

On a personal note, I will always remember Frieder Lenz as a true universal scholar in the classical sense, for whom every lunchtime conversation at the institute was a joy and a profound enrichment—often reaching far beyond the confines of physics.

Frieder Lenz passed away on 4 April 2025 at the age of 82.

Written by Prof. Michael Thies, FAU Erlangen-Nürnberg

German Version:

Frieder Lenz wurde am 12.11.1942 geboren. Ab 1962 studierte er Physik an der Universität Freiburg. 1971 beendete er sein Studium mit der Promotion bei dem renommierten Kernphysiker Hans Marschall. Schon mit seiner Dissertation konnte er ein erstes Ausrufezeichen setzen. Er entwickelte die Grundlagen für eine modellunabhängige Analyse der elastischen Elektron-Kernstreuung, die einen nachhaltigen Einfluss auf dieses Gebiet haben sollten. Zwischen 1972 und 1976 war Frieder Lenz als Postdoc am MIT (Boston) und am SIN (Villigen). Hier gelang es ihm, sich nicht nur einen Namen zu machen, sondern gleichzeitig auch den Grundstein zu legen für einen Kreis von hochkarätigen Wissenschaftlern, mit denen er und seine Gruppe über Jahrzehnte noch in engem Kontakt und wechselseitigem Austausch stehen sollten. Erwähnt seien insbesondere Ernie Moniz und John Negele vom MIT, Justus Koch von der Boston University, Koichi Yazaki von der Universität Tokyo und Michi Hirata aus Hiroshima. Eine enge Freundschaft verband diese drei verschiedenen und herausragenden Wissenschaftler, zusammengehalten von der zentralen Persönlichkeit des Frieder Lenz.

1976 habilitierte sich Frieder Lenz in Freiburg. Die folgenden zehn Jahre verbrachte er als Leiter der Theoriegruppe am SIN sowie als Privatdozent an der ETH Zürich. Hier hatte ich als Postdoc erstmals die Gelegenheit und das Privileg, in seiner Gruppe arbeiten zu können. Das SIN (Schweizerisches Institut für Nuklearforschung, heute Paul-Scherrer Institut, PSI) nahe Zürich war eine von drei “Mesonenfabriken” weltweit, mit den Konkurrenten LAMPF (Los Alamos) und Triumf (Vancouver). Es handelte sich um Protonen-Beschleuniger zur Erzeugung intensiver Pi-Mesonenstrahlen von einigen 100 MeV. Die Kernphysik stand gerade an der Schwelle zur modernen Ära der starken Wechselwirkung. Man beobachtete, dass man Kerne nicht nur durch klassische, nukleonische Teilchen-Loch Anregungen untersuchen konnte, sondern auch durch Anregungen der subnukleonischen Freiheitsgrade einzelner Nukleonen. Im Energiebereich des SIN manifestierte sich das hauptsächlich durch die Delta-Resonanz (Spin 3/2, Isospin 3/2, 1232 MeV), die in den Daten der Pion-Kernstreuung allgegenwärtig war. Frieder Lenz und seine Mitarbeiter entwickelten eine Theorie, um der Erzeugung der Delta-Resonanz und ihrer Propagation durch den Kern trotz extrem kurzer Lebensdauer gerecht zu werden. Das Augenmerk richtete sich von der Pion-Kernwechselwirkung auf die Delta-Kern Wechselwirkung und die Dynamik der Delta-Loch Zustände, die alternativ auch elektromagnetisch angeregt werden konnten. Frieder Lenz und seine Gruppe legten state-of-the-art Untersuchungen mit sehr aufwendigen Vielteilchenrechnungen vor, die bis heute Bestand haben. So wird z.B. das Delta-Kern Potential (einschließlich eines erstmals identifizierten Spin-Orbit Termes), das aus den Pi-Kernstreudaten gewonnen werden konnte, noch heute bei der Analyse von hochenergetischen Schwerionenreaktionen verwendet. Diese Nachhaltigkeit ist um so bemerkenswerter, als die Arbeitsbedingungen für theoretische Physiker vor einem halben Jahrhundert nicht vergleichbar waren mit denen von heute. Ich erinnere mich noch lebhaft an diese Zeit ohne PC’s und Internet, dafür mit einem zentralen Rechenzentrum. Die einzigen persönlichen Datenträger waren lange Karteikästen voller Lochkarten oder dicke Stapel großformatigen Endlospapiers aus dem Drucker des Rechenzentrums. Für jeden Probelauf eines Programmes musste man mit einem Tag rechnen. Preprints wurden per Post in die ganze Welt verschickt und mit entsprechender Verzögerung auf Regalen in der Bibliothek ausgelegt. Die Tatsache, dass numerische Rechnungen mit den existierenden Rechnern so umständlich waren, hatte aber auch etwas Gutes: Man war gezwungen, die Probleme viel tiefer analytisch zu behandeln, um erst ganz zum Schluss auf die Numerik zurückzugreifen. Dadurch wurden formale und mathematische Fähigkeiten geschult, wie sie insbesondere Frieder Lenz perfekt beherrschte.

Während seiner Zeit am SIN wurde Frieder Lenz zu einer der prägenden Figuren der Mittelenergie- Kernphysik. Parallel dazu hatte sich das Verständnis der starken Wechselwirkung aus einer anderen Richtung, der Hochenergiephysik, revolutionär fortentwickelt, hin zur Quantenchromodynamik. Quarks und Gluonen, asymptotische Freiheit und Confinement waren die fundamentalen Begriffe, die den Fokus auf Nukleonen und Mesonen zunehmend verdrängten. Gegen Ende seiner Zeit am SIN spiegelt sich diese Verschiebung bereits in den Arbeiten von Frieder Lenz und anderen wider. Sie entwarfen ein lösbares Vielteilchenmodell mit Confinement, aber ohne van der Waals Kräfte, und untersuchten dessen Eigenschaften. In dieser Zeit beobachtete man, wie sich das Interesse vieler Kernphysiker von der traditionellen Kernphysik hin zu fundamentalen Fragen stark wechselwirkender Quantenfelder verschob. 1986 nahm Frieder Lenz den Ruf nach Erlangen auf den Lehrstuhl Theorie 3 an. Hierhin konnte ich ihm schon 2 Jahre später auf eine Fiebiger Professur folgen, die an seinem Lehrstuhl angesiedelt war. Mein erster Eindruck war der, dass die Theoriegruppe vom SIN nach Erlangen verlegt worden war. Der vertraute Besucherstrom blieb erhalten, und zahlreiche neue kamen dazu. Zwei Änderungen spiegeln den Unterschied zwischen Forschungslabor und Universität wider: Der direkte Kontakt in der Forschung mit experimentellen Gruppen nahm ab, und das Augenmerk richtete sich zunehmend auch auf die Lehre. Das Arbeitsgebiet von Frieder Lenz entwickelte sich rasant in eine sehr theoretische Richtung, bedingt durch den Erfolg der Quantenchromodynamik als Theorie der starken Wechselwirkung. Frieder Lenz verlagerte den Schwerpunkt seiner Arbeit von der Mittelenergie-Kernphysik hin zu Eichfeldtheorien, Quarks und Gluonen. Er entwickelte ein großes Interesse an fundamentalen theoretischen Fragestellungen wie spontane Symmetriebrechung, Higgs-Mechanismus, Confinement, und Lichtkegelquantisierung. Die Motivation und das Hauptaugenmerk lagen jedoch immer auf den physikalischen Fragestellungen, nicht den formal-mathematischen.

Insbesondere initiierte Frieder Lenz wichtige Arbeiten zu Symmetrien von Eichfeldtheorien in der Quantenmechanik. Als warm-up wurden Abelsche Theorien (QED, Abelsche Higgsmodelle) aus einem neuen Blickwinkel untersucht, später die QCD in axialer Eichung weiterentwickelt. Neue Einsichten konnten insbesondere zu den Symmetrieaspekten gewonnen werden, durch sorgfältige Differenzierung zwischen physikalischen, globalen Symmetrien und lokalen Eichsymmetrien. Frieder Lenz und Mitarbeiter konnten z.B. zeigen, dass die relevante Symmetrie für die Quantenelektrodynamik eine von ihm “displacement Symmetrie” genannte, globale Rest-Eichsymmetrie ist. Im Gegensatz zur üblichen Diskussion in Textbüchern ist diese Symmetrie in der Higgs-Phase ungebrochen und in der Coulomb Phase spontan gebrochen, mit dem Photon als Goldstone-Boson. Die weit verbreitete Erklärung der Masselosigkeit von Photonen aufgrund der lokalen Eichinvarianz und des Higgs-Mechanismus als Ausdruck der spontanen Brechung der Eichsymmetrie ist quantenmechanisch nicht haltbar, sondern beruht auf einer ungerechtfertigten Vertauschung der Reihenfolge von Eichfixierung und Quantisierung.

Der Lehrstuhl Theorie 3 zog über die Jahre exzellente Studenten als Diplomanden und Doktoranden an, von denen eine beträchtliche Anzahl später Karriere an Universitäten in den USA, Deutschland und anderen Ländern gemacht haben. Die Nachwuchsförderung profitierte insbesondere von einem Graduiertenkolleg, das Frieder Lenz gemeinsam mit dem experimentellen Lehrstuhl von Klaus Rith und zwei Theoretikerkollegen aus Regensburg, Wolfram Weise und Ernst Werner, ins Leben gerufen hatte. Die Förderung wurde mehrmals verlängert, sodass das Graduiertenkolleg über viele Jahre betrieben werden konnte, auch gemeinsam mit den Nachfolgern an den Partnerlehrstühlen. Höhepunkt des akademischen Jahres waren jeweils Workshops in Waischenfeld oder Kloster Banz. Dabei wurde eine kleine Anzahl von renommierten Sprechern eingeladen, die mehrstündige Vorlesungen über ihre Arbeitsgebiete ohne jeden Zeitdruck halten konnten. Jeweils zwei Doktoranden wurden einem Dozenten zugeordnet mit der Aufgabe, Skripte der Vorlesungen anzufertigen. Dies ergab nützliche Sammlungen von Material, die später als Lecture Notes in Physics veröffentlicht wurden. Gleichzeitig eröffnete dies gute und intensive Kontaktmöglichkeiten zwischen Studenten und Professoren. Abgesehen von den Workshops war der Austausch mit der Universität Regensburg sehr intensiv, gefördert auch durch Studientage. Diese fanden abwechselnd in Erlangen und Regensburg statt, unter Teilnahme aller Doktoranden und Diplomanden der involvierten Lehrstühle, gemeinsam mit den Dozenten. Während der Vorlesungszeit wurde so wöchentlich zwischen Erlangen und Regensburg gependelt. Die intensiven Kontakte führten dazu, dass einige Studenten auch vor der Promotion noch die Universität wechselten, sowie zu einem neuartigen, beschleunigten Studiengang nach Ende der Laufzeit des Graduiertenkollegs.

Die Lehraktivitäten wurden am Lehrstuhl Theorie 3 ergänzt durch strukturierte Fortbildungsprogramme während der vorlesungsfreien Zeit, in welche die zahlreichen Sommerbesucher eingebunden wurden. Hier wurde von Frieder Lenz typischerweise ein aktuelles Thema ausgesucht, und die Teilnehmer unterrichteten sich gegenseitig mit Hilfe von informellen Tafelvorträgen, typischerweise während einer Woche.

In den letzten Jahren seiner aktiven Zeit widmete sich Frieder Lenz der Quantenfeldtheorie in beschleunigten Bezugssystemen (Stichworte: Rindler space, Unruh-Effekt). Daneben gab er zunehmend gerne Vorlesungen über die allgemeine Relativitätstheorie, die von den Studenten extrem gut besucht wurden. Hier kündigte sich eine allgemeine Entwicklung in der Teilchentheorie hin zur Gravitation an, der auch mit der Berufung des Nachfolgers von Frieder Lenz, Thomas Thiemann, und der Umbenennung des Lehrstuhles in “Quantengravitation”, Rechnung getragen wurde. Wer keine Gelegenheit hatte, an einem Vortrag von Frieder Lenz teilzunehmen, dem sei seine (anscheinend einzige) aufgezeichnete Vorlesung aus dem Jahre 2005 am Kollegium Alexandrinum der FAU mit dem Titel “Einsteins Raum-Zeit” (für ein breiteres Publikum) empfohlen (fau.tv/clip/id/508).

Von Frieder Lenz wird sein Charisma, seine Freundlichkeit, seine Kontaktfreudigkeit und vor allem seine ansteckende Begeisterung für die Physik in Erinnerung bleiben. Seine Vorlesungen hielt er stets mit Kreide an der Tafel, ohne jegliche Hilfsmittel wie Skripte, Folien oder Beamer. Die Studenten empfanden Frieder Lenz in Klausuren und Prüfungen als streng, aber gerecht, was ihn sehr freute. Versuche von Besuchern oder Mitarbeitern, die versuchten, ihn von Kompromissen bei der Lösung schwieriger Probleme zu überzeugen, wurden mit dem Satz “no cheap thrills” gnadenlos abgewehrt. Mir persönlich wird Frieder Lenz darüber hinaus stets als ein wahrer Universalgelehrter im klassischen Sinn im Gedächtnis bleiben, mit dem jede Diskussion beim gemeinsamen Lunch im Institut eine große Freude und Bereicherung war und in viele Gebiete jenseits der Physik führen konnte.

Frieder Lenz starb am 4. April 2025 im Alter von 82 Jahren.

Verfasst von Prof. Michael Thies, FAU Erlangen-Nürnberg.