Nobelpreisträger Physik

Walter Bothe 1954, Rudolf Mössbauer 1961, Hans Jensen 1963

Nobelpreisträger Physik

Der Nobelpreis wird seit 1901 verliehen und gilt als weltweit höchste Auszeichnung für bedeutende Leistungen in Physik, Chemie, Physiologie und Medizin, aber auch für Literatur und Frieden. Stifter des Preises ist der Schwede Alfred Nobel. Mit der Erfindung des Dynamits zu großem Reichtum gelangt, verfügte Nobel 1895 in seinem Testament, dass fast sein gesamtes Vermögen in einen Fonds fließt „dessen Zinsen jährlich als Preis an diejenigen ausgeteilt werden sollen, die im vergangenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen erbracht haben.“ Nobel erklärte weiter, es sei sein ausdrücklicher Wille, dass der Würdigste den Preis erhält, ohne Ansehen der Nationalität. In jedem Jahr findet am 10. Dezember, dem Todestag Nobels, die feierliche Preisverleihung in Stockholm statt. Der Friedensnobelpreis wird in Oslo übergeben.

Wir können stolz darauf sein, dass auch unsere Region zahlreiche Nobelpreisträger hervorgebracht hat. In der Kategorie Physik sind das Walther Bothe, Hans Jensen und Rudolf Mößbauer.

Walther Wilhelm Georg Bothe

wird am 8. Januar 1891 in Oranienburg nahe Berlin als Sohn des Uhrmachermeisters Friedrich Bothe und der Schneiderin Charlotte Bothe geboren. Über Walthers Kindheit ist nur bekannt, dass er sich sowohl für Naturwissenschaften, als auch für Malerei und Musik interessiert und gerne auf dem Klavier Musikstücke von Bach spielt.

Nach dem Abitur an der Oberrealschule in Berlin studiert er ab 1908 Physik, Mathematik, Chemie und auch Musikwissenschaften an der Humboldt- Universität Berlin. Sein Studium finanziert er mit Stipendien und Gelegenheitsarbeiten. 1913 legt er die Lehramtsprüfung ab und arbeitet zunächst an der Landwirtschaftlichen Hochschule in Berlin.

Zeitgleich arbeitet er an seiner Doktorarbeit. Als Bothe seinen Physikprofessor Max Planck bittet, bei ihm promovieren zu dürfen, fragt ihn dieser ,,An welches Thema hatten Sie denn gedacht?" Bothe antwortet, dass er sich der Erklärung von Brechung und Reflexion des Lichts aus der Streuung an den einzelnen Atomen widmen möchte. Planck erwidert „Ja, das könnten Sie versuchen“ und nimmt Bothe als einen seiner nur sieben Doktoranden an. Noch vor Ausbruch des Ersten Weltkriegs wird Bothe 1914 promoviert und geht als Assistent zu Hans Geiger (3), dem Leiter des neuen Lauboratoriums für Radioaktivität der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt. Bei Geiger, dem bedeutendsten Kernphysiker Deutschlands, lernt er das Experimentieren. Geigers Experimente zur Streuung von Alphastrahlen zählen zu den Anfängen der experimentellen Atomphysik.

Doch bald wird Bothe eingezogen und gerät 1915 in Sibirien in Kriegsgefangenschaft, wo er Russisch lernt und sich mathematischen Studien widmet. Als er 1920 entlassen wird, heiratet er in Moskau Warwara Belowa, die er schon vor dem Krieg in Berlin kennengelernt hatte und kehrt mit ihr nach Berlin zurück. Dort setzt er am Laboratorium für Radioaktivtat seine Zusammenarbeit mit Hans Geiger fort und befasst sich sowohl theoretisch als auch experimentell mit der Streuung von Elektronen.

1924 beginnen Bothe und Geiger mit Experimenten zur Untersuchung des von Arthur Holly Compton 1923 entdeckten und nach ihm benannten Compton-Effekts. Trifft ein Photon, also ein "Lichtteilchen" auf ein Elektron, ein negativ geladenes Elementarteilchen, wird es gestreut. Beim Auftreffen auf das Elektron geben die Photonen einen Teil ihrer Energie ab, wodurch sich ihre Wellenlänge vergrößert. Nun besitzt das Elektron die Energie des Photons und wird weggestoßen, also gestreut. Deshalb nennt man diesen Effekt auch Compton-Streuung.

Bothe und Geiger wollen mit ihrem Experiment herausfinden, ob bei der Compton-Streuung stets gleichzeitig, also "koinzident" ein gestreutes Photon und ein Rückstoßelektron beobachtet werden. Dazu verwenden sie den von Geiger entwickelten Nadelzähler, der auf ionisierende Strahlung reagiert. Dieses Zählrohr wird 1928 von Geiger und Müller weiter verbessert als „Geigerzähler“ bekannt.

Zum Nachweis entwickeln Bothe und Geiger die "Koinzidenzmethode", die zu einer in der Kernphysik weit verbreitete Technik wird. Sie ermöglicht Einblick in die Details einer Reaktion oder eines Zerfalls. Für Ihre Arbeit müssen Geiger und Bothe auch völlig neue elektronische Schaltungen und Geräte entwickeln, um die Reaktion der Zählrohre elektronisch zu erfassen und die Anzahl der Koinzidenzereignisse, bei denen beide Zählrohre gleichzeitig, oder fast gleichzeitig reagieren, automatisch zu zählen.

Ihre Versuchsanordnung besteht aus zwei sich in einer Wasserstoffatmosphäre eingebetteten Nadelzählern, zwischen deren gemeinsamer, sich nicht berührender Stirnwand, ein Röntgenstrahl gelenkt wird. Wasserstoff absorbiert die Röntgenstrahlen nur schwach, streut sie aber stark.

Eines der Zählrohre ist offen und daher mit Wasserstoff gefüllt. Das andere, mit einer Platinfolie abgedeckte Zählrohr, ist mit Luft gefüllt. Dieses Zählrohr reagiert nicht auf Elektronen, da die Platinfolie die Rückstoßelektronen absorbiert. Die Photonen durchdringen jedoch die Folie und lösen dabei aus der Luft und der Folie Photoelektronen, die das Zählrohr registriert. Das offene Zählrohr registriert dagegen fast keine Photonen, da diese vom Wasserstoff kaum absorbiert werden. Die Rückstoßelektronen dagegen werden gemessen.

Mit der Koinizidendzmethode können Bothe und Geiger zweifelsfrei die quantenhafte Natur des Photons beweisen und damit die -zu jener Zeit noch weithin akzeptierte Vorstellung von Niels Bohr und einigen anderen namhaften Physikern vertretene Ansicht widerlegen, dass bei der Comptonstreuung zwei wichtige physikalische Prinizipien, nämlich die Energie- und Impulserhaltung nur statistisch, also im Mittel erfüllt seien, beim Einzelprozess aber verletzt würden.

In mehreren Handbuchartikeln fasst Bothe seine Arbeiten zusammen und bereitet damit die methodischen Grundlagen zur Analyse von Streuprozessen. Als Geiger 1925 einem Ruf an die Universität Kiel folgt, wird Bothe sein Nachfolger als Leiter des Lauboratoriums für Radioaktivität. Bei der Aufteilung der bislang gemeinsam bearbeiteten Gebiete wird Bothe auf Geigers großzügigen Vorschlag hin die Koinzidenz-Methode zugewiesen. Die Jahre der Zusammenarbeit mit Geiger, von dem er stets mit großer Bewunderung und Zuneigung spricht, bedeuten für Bothes wissenschaftliche Laufbahn einen entscheidenden Wendepunkt.

1925 habilitiert sich Bothe bei Max Planck an der Universität Berlin mit der Arbeit „Über den Elementarprozess der photoelektrischen Elektronenauslösung“. In den folgenden Jahren entwickelt Bothe die Koinzidenzmessung zu einer wichtigen Methode bei der Erforschung der kosmischen Strahlen. Er stellt mehrere der neuesten Geiger-Müller-Zähler übereinander und ordnet zwischen und über den Zählern absorbierende Schichten von unterschiedlicher Dicke an, um durch die entsprechende Verringerung der Anzahl der Koinzidenzen die Absorption der kosmischen Strahlung in verschiedenen Materialien bestimmen zu können. Von der Untersuchung der 1912 von Victor Hess bei Ballonfahrten entdeckten Höhenstrahlung verspricht er sich tiefgreifende Erkenntnisse.

Zusammen mit dem Astronomen Werner Kolhörster führt er Koinzidenzmessungen durch, bei denen Strahlen durch Geigerzähler geleitetet werden und das Ansprechen der Zählrohre nur dann angezeigt wird, wenn die Messungen innerhalb eines vorbestimmten kurzen Zeitintervalls aufeinander erfolgen. Da dies nur dann geschieht, wenn ein und dasselbe Teilchen alle Zählrohre durchläuft, wird nur Strahlung aus einer bestimmten Richtung registriert. Mit dieser neuen Methode der Zufallszählung lässt sich die Bahn eines geladenen Teilchens durch die Zählrohre hindurch verfolgen. Dabei zeigt sich, dass die Teilchen bevorzugt senkrecht zur Erdoberfläche einfallen. Wird die Apparatur gegen den Horizont geneigt, sinkt die Einfallsintensität dagegen. Da die senkrecht einfallenden Teilchen den kürzesten Weg durch die Erdatmosphäre haben, werden sie am wenigsten absorbiert, was eindeutig auf den Ursprung der untersuchten Strahlung außerhalb der Erde hinweist.

Mit ihrem Experimenten erbringen Bothe und Kolhörster den Nachweis, dass die kosmische Strahlung nicht in erster Linie aus Gammastrahlen besteht, wie bisher wegen der hohen Durchdringungsleistung angenommen, sondern aus materiellen Teilchen mit einer Energie von mindestens 1.000 Millionen Elektronenvolt.

Im Jahr 1930 wird Bothe zum Professor für Physik und zum Direktor des Physikalischen Instituts der Universität Gießen ernannt. Er thematisiert als Erster in seinen Vorlesungen die Quantenmechanik und macht sein Institut zu einer bedeutenden Forschungsstätte. Als er Beryllium mit Alphastrahlen beschießt, erhält er eine ungewöhnlich durchdringende Strahlung. Dabei erkennt er jedoch nicht, dass es sich um ein neues Teilchen handelt. Zwei Jahre später entdeckt Sir James Chadwick das Neutron, und erhält dafür 1935 den Nobelpreis.

Nach der Entdeckung der Neutronen beginnt sich die experimentelle Kernphysik lebhaft zu entwickeln,was auch der Fertigstellung der ersten Beschleuniger und den enormen Verbesserungen der Mess- und Zähltechniken zu verdanken ist.

1932 wird Bothe an die Universität Heidelberg berufen, tritt aber nach der Machtergreifung des NS-Regimes vom Ordinariat und von der Institutsleitung zurück. 1934 übernimmt er an dem 1930 gegründeten und aus vier selbständigen Teilinstituten bestehenden Kaiser-Wilhelm-Institut für medizinische Forschung die Leitung der Physik-Abteilung. Daraus geht später das Max-Planck-Institut für Kernphysik hervor. Bothe kann sich wieder seiner Grundlagenforschung widmen und an der kontrollierten Kernspaltungs-Kettenreaktion arbeiteten. Er und seine Mitarbeiter zählen zu den ersten Wissenschaftlern, welche Kernreaktionen und die Eigenschaften und Strukturen des Atoms untersuchen, nuklearspektroskopische Studien durchführen und künstliche Isotope erzeugen.

Während des Zweiten Weltkriegs unternimmt das Heereswaffenamt Anstrengungen zum Bau von Atomwaffen und lässt an dem sogenannten Uranprojekt die besten deutschen Kernphysiker arbeiten. Auch Bothes Institut ist daran beteiligt. Bei der Messung der Absorption langsamer Neutronen in Graphit kommt er zu dem Ergebnis, dass Graphit als kernphysikalischer Moderator ungeeignet ist. Diese Einschätzung verhindert bis Kriegsende, dass die Nationalsozialisten Kernwaffen herstellen können. Erst 1945 wird erkannt, dass Bothe einen falschen Wert ermittelt hat, weil das von ihm verwendete Graphit verunreinigt war. Kann aber einem so gewissenhaft und akribisch mit hoher Konzentration arbeitenden Wissenschaftler wie Bothe tatsächlich ein solch schwerwiegender Fehler unterlaufen sein? Der erste graphitmoderierte Reaktor wird 1945 von Enrico Fermi in Chicago gebaut. Bei der Spaltung von Uran entstehen schnelle Neutronen. Graphit verlangsamt diese und reflektiert sie in den Reaktorkern zurück, wo sie dann für weitere Spaltungen zur Verfügung stehen und dadurch die nukleare Kettenreaktion aufrechterhalten.

Für seine Forschung braucht Bothe ein Zyklotron, einen Teilchenbeschleuniger, in dem Elementarteilchen, Atomkerne, ionisierte Atome oder Moleküle von elektrischen Feldern auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Es gelingt ihm, die hierfür erforderlichen Mittel zu beschaffen und zusammen mit seinem Assistenten Wolfgang Gentner in Heidelberg das erste deutsche Zyklotron zu konstruieren, das im Herbst 1943 erstmals eingesetzt wird. Nach dem Zweiten Weltkrieg nutzen die Amerikaner das Institut als Aero-Medical Center und auch das Zyklotron. Die physikalische Abteilung wird dagegen geschlossen.

Obwohl er zunächst nicht auf seinem ursprünglichen Gebiet der Kernphysik arbeiten darf, kehrt Bothe 1945 als Direktor ans Physikalische Institut der Universität Heidelberg zurück. Er sorgt dafür, dass Hans Jensen 1949 nach Heidelberg berufen wird, nimmt das Zyklotron wieder in Betrieb und führt mit seinen Studenten kernphysikalische Experimente durch. (10) .

Als Nachfolgerin der Kaiser-Wilhelm- Gesellschaft wird die Max-Planck-Gesellschaft gegründet und Bothe kann 1952 seine Arbeit am Physikalischen Institut fortsetzen und sich der Forschung auf den Gebieten Kernphysik und kosmische Strahlung widmen und an der Weiterentwicklung der Kernspektroskopie arbeiten.

Doch eine fortschreitende Gefäßverengung, die sogar die Amputation eines Beines erfordert, zwingt ihn schließlich dazu, sich aus der Forschung zurückzuziehen. Ab 1953 kann er sich nur noch um die Leitung des Physikalischen Instituts kümmern.

Zehn Jahre nach dem Tod von Hans Geiger, erhält Walther Bothe im Jahr 1954 für die Entwicklung der Koinzidenz-Methode und seine damit gemachten Entdeckungen zusammen mit Max Born, der für seine grundlegenden Forschungen in der Quantenmechanik ausgezeichnet wird, den Nobelpreis für Physik. Aus gesundheitlichen Gründen kann Bothe jedoch leider nicht nach Stockholm reisen. Auf seinen Wunsch nimmt seine Tochter Dr. Elena Riedel die Auszeichnung in Empfang.(11) Die Koinzidenz-Methode ist auch heute noch eines der wichtigsten Untersuchungsmittel der kosmischen Strahlung und aller Arten von Kern- und Elementarteilchenprozessen.

Neben weiteren Nobelpreisträgern unterzeichnet Bothe am 15. Juli 1955 einen unverändert aktuellen Appell an die Politiker der Welt, auf Gewalt als Mittel der Politik zu verzichten. Am 10. Februar 1957 stirbt Prof. Dr. Walter Bothe (12) in Heidelberg nach langer Krankheit im Alter von 66 Jahren und findet auf dem Friedhof in Handschuhsheim seine letzte Ruhestätte.

Rudolf Ludwig Mößbauer

wird am 31. Januar 1929 als eines von zwei Kindern des Fototechnikers Ludwig Mößbauer und seiner Frau Erna in München geboren. Er besucht die Oberrealschule in München-Pasing. Es klingt erstaunlich, aber Physik ist in der Schule sein schwächstes Fach. Doch ist er der Meinung, daran seien die schlechten Lehrer schuld. Er besucht oft das Deutsche Museum in München und ist davon überzeugt, dass hinter dem, was in der Schule gelehrt wird, sehr viel mehr steckt. Nach der 1948 abgelegten Abiturprüfung absolviert er zunächst bei den bekannten Optischen Werken Rodenstock ein Praktikum und entscheidet sich dann für das Studium der Physik an der der Technischen Hochschule München, der heutigen Technischen Universität.

1952, als Mößbauer noch mitten im Studium steckt, wird Heinz Meier- Leibnitz (14) auf den Lehrstuhl für Technische Physik der TH München berufen. Zu diesem Lehrstuhl gehört das Laboratorium für Technische Physik, das zu einer wichtigen Keimzelle für die Kernphysik wird. Unter seiner Leitung wird der erste deutsche Kernforschungsreaktor gebaut, der 1957 in Garching bei München in Betrieb geht und unter dem Namen "Atomei" (15) bekannt wird.

Nach seinem Diplom wechselt Mößbauer 1955 zu Prof. Walther Bothe an das Institut für Physik am Max‐Planck‐Institut für medizinische Forschung in Heidelberg. Hier findet er die besten Bedingungen, um auf Vorschlag seines Doktorvaters Heinz Maier-Leibnitz, einem früheren Mitarbeiter von Bothe, den Durchgang von Gammastrahlen durch Materie zu erforschen.

Gammastrahlen unterscheiden sich von Lichtstrahlen durch ihre sehr viel kürzere Wellenlänge. Die Energie, die in einem Photon, also einem "Lichtteilchen" steckt, ist umgekehrt proportional zu seiner Wellenlänge. Die Photonen der Gammastrahlen haben eine sehr viel kürzere Wellenlänge als das für unsere Augen sichtbare Licht und damit eine sehr viel höhere Energie.

Die Photonen des sichtbaren Lichts entstehen in den Elektronenhüllen der Atome, wenn sich der Energiezustand der Elektronen ändert. Der Betrag der Änderung des Energiezustandes ist ein genaues Maß für die Wellenlänge des ausgesandten Photons. Umgekehrt können Photonen passender Energie, also mit entsprechender Wellenlänge, von einem gleichartigen Atom absorbiert werden, wodurch sich dessen Energiezustand vergrößert.

Gammastrahlen entstehen nicht durch Energieänderungen der Elektronen in der Elektronenhülle, sondern durch Energieänderungen der Atomkerne. Auch hier gibt es wie beim sichtbaren Licht Absorptions- und Emissionsvorgänge. Allerdings sind die Verhältnisse hier deutlich komplizierter.

Die genaue Wellenlänge der emittierten oder absorbierten Strahlung hängt vom Bewegungszustand des Emitters oder Absorbers ab. Etwas ganz Ähnliches sehen wir beim sogenannten Doppler-Effekt, der 1842 von dem österreichischen Physiker Christian Doppler erstmals beschrieben wurde. Dieses Phänomen ist uns aus dem täglichen Leben bekannt als plötzliches Umschlagen der Tonhöhe von hoch nach tief bei einer sich nähernden und dann entfernenden Schallquelle. Ein typisches Beispiel ist die umspringende Tonhöhe des Martinshorn bei einem vorbeifahrenden Feuerwehrfahrzeug.

Ein Beispiel aus der Astronomie ist die Rotverschiebung des Lichts bei einer sich entfernenden Galaxie. Man kann auf diese Weise bei bekannter Frequenz der Quelle ihre Geschwindigkeit relativ zum Beobachter ermitteln.

Bei der Gammastrahlung aus Atomkernen war allerdings zu beobachten, dass die emittierte Strahlung nicht ohne weiteres von gleichartigen Kernen absorbiert wurde. Offenbar passte die im emittierten Gammaquant enthaltene Energie nicht zu der erforderlichen Anregungsenergie des Absorbers.

Mößbauer nutzt für seinen Versuchsaufbau den Doppler-Effekt. Er lässt also die Quelle der Gammastrahlen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf die Probe zu und sich wieder von ihr wegbewegen. Auf diese Weise kann er genau bestimmen, bei welcher Geschwindigkeit wieder eine Absorption auftritt und diese Geschwindigkeit in Energie umrechnen.

1957 beobachtet er bei seinen Experimenten mit Gammastrahlung in Iridium-191, einem Isotop (das griechische Wort „Isotop“ bezeichnet verschiedene Atomarten desselben chemischen Elements) des Elements Iridium, minimale Abweichungen von dem eigentlich erwarteten Messergebnis. Als er dem Grund für diesen unklaren und zunächst scheinbar vernachlässigbaren Effekt nachgeht, entdeckt er das Phänomen, dass die von einem Atomkern emittierte γ-Strahlung von Kernen desselben Isotops in einer anderen Probe ohne Energieverlust absorbiert werden kann.

Mössbauer findet die Lösung des Rätsels. Senden freie Atomkerne Gammastrahlen aus, so erfordert das physikalische Gesetz der Impulserhaltung, dass dem emittierten Teilchen -also dem Gammaquant- nicht die gesamte Energie mitgegeben wird, sondern dass ein Teil dieser Energie beim Rückstoß des emittierenden Kerns verbraucht wird. Dabei ändert sich mit der Stärke des Rückstoßes die Wellenlänge der Gammastrahlung, und es tritt eine Verschiebung zwischen Absorptions- und Emissionslinie auf.

Ist jedoch der emittierende Kern nicht frei, sondern in einem Festkörper, wie etwa einem Molekül oder Kristall gebunden, nimmt dieser Kristall den Rückstoßimpuls auf. Wegen der ungleich größeren Masse des Kristalls wird die Energieverschiebung vernachlässigbar. Die Emission beziehungsweise Absorption erfolgt also „rückstoßlos“. Man bezeichnet diesen Vorgang als "rückstoßlose Kernresonanzabsorption". Der emittierende Kern weist eine andere Spektrallinie als im freien Zustand auf. Die außerordentliche Energieschärfe der Gamma-Spektrallinie erlaubt Präzisionsbestimmungen auch kleinster Änderungen der Gammaenergie.

Einfacher lässt sich Mößbauer-Effekt mit einem bildlichen Vergleich erklären: Will ein Kind von einem kleinen Boot an Land springen, so landet es im Wasser, weil das Boot durch den Rückstoß beim Absprung nach hinten weg fährt. Liegt das Boot in einem zugefrorenen See, so kann es sich nicht bewegen, und das Kind erhält die gesamte Sprungenergie und landet sicher am Ufer.

Bei Mößbauers Experiment übernehmen die Gammastrahlung aussendenden Iridium-191-Atome die Rolle des Bootes. Und das davoneilende Gamma-Teilchen überträgt wie das Kind einen gewaltigen Stoß auf das Atom und verliert dabei einen Teil seiner Energie. Ist das Atom jedoch in einen Kristall eingebaut, kann das Lichtteilchen wie das Kind auf dem zugefrorenen See seine ganze Energie mitnehmen.

Die Entdeckung der rückstoßfreien Kernresonanzabsorption, also des später nach ihm benannten Mößbauer-Effekts, wird zur Grundlage einer völlig neuen Art der Gamma-Spektroskopie (16). Sie stellt die genaueste Methode zur Bestimmung von Energieänderungen elektromagnetischer Strahlung in der Spektroskopie dar.

Der Mößbauer‐Effekt ermöglicht sowohl in der Kern‐ und Festkörperphysik als auch in der Chemie, Biowissenschaften, Geologie sowie Archäologie vielfältige spektroskopische Anwendungen, durch die auch winzige Aufspaltungen oder Linienverschiebungen sichtbar und äußerst genau messbar werden. Sogar dann, wenn die Bewegungen der Gammastrahlenquellen nur ein Tausendstel eines Millimeters in der Sekunde betragen.

1960 gelingt mithilfe der hochpräzisen Mößbauer-Spektroskopie der experimentelle Nachweis der von Albert Einstein in der Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagten Rotverschiebung von Gammastrahlung im Gravitationsfeld der Erde.

Und sogar in der Weltraumforschung wird der Mößbauer-Effekt genutzt. Bei der Marsmission analysieren die Roboter „Spirit“ und „Opportunity“ mit Mößbauer-Spektrometern die chemische Zusammensetzung des Marsgesteins. Sie messen die charakteristische Gammastrahlung, die die Atomkerne bestimmter Elemente aussenden, wenn sie von radioaktiver Strahlung angeregt werden. Die dabei gefundenen Daten zeigen, dass es auf dem Mars Minerale gibt, die nur in Anwesenheit von Wasser entstehen. Damit ist nicht nur die frühere Existenz von Wasser nachgewiesen, sondern auch, dass es eine viel sauerstoffreichere Atmosphäre als heute gegeben haben muss.

Mößbauer stellt seine Doktorarbeit mit dem Titel „Kernresonanzfluoreszenz von Gammastrahlen im Iridium-191“ Ende Oktober 1957 fertig und wird nach der mündlichen Prüfung im Januar 1958 bei Professor Maier-Leibnitz an der Technischen Hochschule München promoviert.

Anschließend bleibt Mößbauer weiter als wissenschaftlicher Assistent bei Professor Heinz Maier-Leibniz in München, bis er 1960 von keinem Geringerem als Richard Feynman eingeladen wird, am renommierten California Institute of Technology in Pasadena, dem "Caltec", zu forschen. Ein Jahr später wird er zum ordentlichen Professor berufen. Dort erreicht ihn im Oktober 1961 frühmorgens ein Anruf aus Stockholm. Für seine Forschung zur Resonanzabsorption von Gammastrahlung und die damit verbundene Entdeckung des nach ihm benannten Effekts wird ihm zusammen mit dem Amerikaner Robert Hofstadter der Nobelpreis 1961 für Physik verliehen.

Die höchste wissenschaftliche Auszeichnung erhält er für seine bereits als Doktorand am Institut für Physik des Max-Planck-Instituts für Medizinische Forschung in Heidelberg in den Jahren 1956 bis 1958 erzielten Ergebnisse und Entdeckungen. Mit erst 32 Jahren (17) ist er einer der jüngsten Nobelpreisträger überhaupt. Dazu meint Mößbauer, „es sind die jungen Menschen, die maßgeblich zum Fortschritt in der Physik beitragen, da sie ausprobieren und unkonventionelle Wege gehen, die erfahrenere Forscher nicht einschlagen würden, da sie zu viel wissen.“ Es folgen unzählige Ehrungen der renommiertesten wissenschaftlichen Einrichtungen auf der ganzen Welt.

Mößbauer bleibt noch zwei Jahre in Kalifornien, bevor es der Technischen Hochschule gelingt, ihn 1965 als Professor für Experimentalphysik nach München zurückzuholen. Seine Bedingung für die Rückkehr wird mit dem Bau eines sachlich wie personell hervorragend ausgestatteten Physikgebäudes in München-Garching erfüllt. Und es wird ihm auch die Umstrukturierung der vorher eigenständigen Institute für Theorie, Experimentelle Physik und Technische Physik in ein Physikdepartment nach amerikanischem Vorbild zugestanden.

Durch den interdisziplinären Ansatz erreicht Mößbauer bessere Bedingungen für Forschung und Lehre, die er als Einheit sieht. Denn Rudolf Mößbauer ist nicht nur die Forschung wichtig, sondern auch die Lehre. Er will die Studenten für die Physik begeistern, was ihm mit seinen didaktisch brillanten Vorlesungen auch gelingt. Er bekennt sich zur Exzellenz, und meint, „Gerechtigkeit besteht nicht darin, alle auf das gleiche Niveau hinunter zu drücken.“

Für Mößbauer ist Wissenschaft eine Sprache, die alle Menschen auf der Welt verbindet. Er fördert die internationale Zusammenarbeit und den wissenschaftlichen Austausch, auch mit sowjetischen Wissenschaftlern während der Zeit des Kalten Kriegs. Und er lädt regelmäßig Gastwissenschaftler nach Garching ein, in seiner Arbeitsgruppe zu forschen. Er will für seine Universität die besten Wissenschaftler gewinnen, auch aus dem Ausland. Er scheut sich auch nicht, zu Problemen wie der zunehmenden Technikfeindlichkeit in der Gesellschaft oder der ständig wachsenden Bürokratie deutlich Stellung zu beziehen.

1972 lässt er sich beurlauben, um in Grenoble das nach dem deutschen Physiker Max von Laue und dem französischen Physiker Paul Langevin benannte Institut Laue-Langevin mit einer der damals leistungsfähigsten Neutronenquellen Europas zu leiten. Ihn reizt die Aufgabe, mit der Erforschung der Neutrinophysik wissenschaftliches Neuland zu betreten. Denn erste Experimente sprechen gegen die bisherige Annahme, dass Neutrinos ähnlich wie Licht keine Masse haben.

Er beginnt sich also in Grenoble für die Neutrinophysik zu engagieren und baut nach seiner Rückkehr an die Technischen Universität im Jahre 1977 in München die Neutrinoforschung auf.

Rudolf Mößbauer bleibt bis zu seiner Emeritierung 1997 Ordinarius für Experimentalphysik an der Technischen Universität München, und setzt die Forschung an Neutrinos, Neutronen und an der Kernfusion, also der Umwandlung von Wasserstoff in Helium fort.

Und er bleibt auch sein ganzes Leben lang ein leidenschaftlicher Pianist. Sogar in seinem Labor steht ein Flügel, an dem er gelegentlich während der Arbeit spielt. Er fotografiert und wandert auch gerne.

Im Alter von 82 Jahren stirbt Rudolf Mößbauer (18) am 14. September 2011 in Grünwald bei München. (19) Nicht nur seine Frau Christel und seine Kinder Susi, Peter und Regine, sondern auch seine Universität und die Kollegen trauern um einen großen Wissenschaftler.

Hans Jensen

Johannes Daniel Jensen,(20), kurz "Hans" genannt, wird am 25. Juni 1907 als drittes Kind des Gärtners Karl Friedrich Jensen und seiner Ehefrau Helene Auguste in Hamburg geboren. Hier besucht er zunächst die Volksschule, kann aber infolge seiner außerordentlichen Begabung später in die Aufbauschule wechseln. Er interessiert sich vor allem für Naturwissenschaften. Als er im Alter von 15 Jahren kurz nacheinander seine Eltern verliert, kümmert sich seine ältere Schwester Lisbeth um ihn und sorgt dafür, dass er die Schule beenden und 1926 sein Abitur ablegen kann.

Gefördert durch die Studienstiftung des Deutschen Volkes kann er an den Universitäten Hamburg und Freiburg im Breisgau die Fächer Physik, Mathematik, Chemie und Philosophie studieren. 1931 legt er sein Staatsexamen für das höhere Lehramt ab, entscheidet sich aber für eine wissenschaftliche Laufbahn. 1932 promoviert er mit einer Dissertation über "Ladungsverteilung in Ionen" (21) bei Wilhelm Lenz und wird am Institut für Theoretische Physik der Universität Hamburg als Assistent angestellt. Dort wird er nach seiner Habilitation in theoretischer Physik im Jahre 1936 auch Dozent.

Als in der Zeit des Nationalsozialismus selbst hervorragende Leistungen keine Gewähr für eine Universitätslaufbahn bieten, tritt die Hamburger Dozentenschaft bis auf wenige Ausnahmen in die NSDAP ein, wodurch Jensen unter Druck gerät, sich dem anzuschließen. Auf den Rat zweier von ihm sehr geschätzter Kollegen hin entscheidet sich Jensen 1937 trotz Bedenken zu diesem Schritt. Ausschlaggebend hierfür ist letztendlich der Umstand, dass seine Frau Elisabeth sonst ihr Medizinstudium nicht hätte fortsetzen dürfen, weil sie öffentlich eine linke ASTA-Liste unterstützte.

1939 wird Jensen zum Wetterdienst der Wehrmacht beordert, aber ein Jahr später zur Mitarbeit am Uranprojekt deutscher Kernphysiker freigegeben. Er soll in Hamburg ein Zentrifugensystem zur Anreicherung von spaltbarem Uran entwickeln. Unter der Leitung von Werner Heisenberg sollen damit Atomwaffen gebaut werden. Doch dazu kommt es nicht. Wegen einer von Walther Bothe fehlerbehaftet durchgeführten Messung wird Graphit als Material für den deutschen Reaktor ausgeschlossen.

Und Jensen informiert den mit ihm befreundeten dänischen Kernphysiker Niels Bohr (22) über das Uranprojekt, obwohl er von dessen Verbindungen zu den Alliierten weiß. Darüber schreibt er später in einem Brief: „Ich selbst hatte anlässlich zweier Reisen nach Norwegen (Ende 1942 und 43) Gelegenheit, mit Bohr in Kopenhagen den Fragenkomplex ausführlich zu besprechen, auch sein Placet für unsere Tätigkeit zu erbitten, über die Einstellung eines nicht unbedeutenden Teils der Uranphysiker zu berichten und ihm zu versichern, dass die Gefahr, die Nazis könnten das Uran missbrauchen, nicht bestünde.“ Ob die deutschen Wissenschaftler das Projekt sabotieren wird nie geklärt werden.

Nachdem sich Jensen sowohl in seiner Dissertation als auch in seiner Habilitation mit dem statistischen Thomas-Fermi-Modell der Atomhülle beschäftigt hatte, wendet er sich Ende der 1930er Jahre der Struktur der Atomkerne zu und veröffentlicht 1939 eine Arbeit über den damaligen Stand der Systematik der Atomkerne. Darin befasst er sich erstmals mit Modellvorstellungen zum Kernaufbau.

1941, in dem Jahr, als seine Tochter Anne zur Welt kommt, wird Jensen als Professor für theoretische Physik an die Technischen Hochschule Hannover (23) berufen. Doch die Kriegsjahre beeinträchtigen seine Forschungsarbeit sehr.

1949 folgt Prof. Jensen einem Ruf an die Universität Heidelberg und beginnt das Institut für Theoretische Physik aufzubauen. Auf seine Initiative hin erwirbt die Universität 1952 das schöne Mertonsche Haus am Philosophenweg 16, um dort das Institut für Theoretische Physik sowie die Zentralbibliothek der Physik einzurichten. Darin bewohnt Jensen zwei Zimmer und verwandelt das Grundstück mit eigener Hand in einen blühenden Garten.

Erst Ende der 1940er Jahre kann sich Jensen wieder seiner Forschung widmen. Zwar weiß man nach dem Zweiten Weltkrieg über den Atomkern schon viel, doch sein Aufbau ist noch weitgehend unbekannt. Bekannt ist, dass Protonen und Neutronen dann besonders stabile Atomkerne bilden, wenn ihre Zahl mit einer der sogenannten magischen Zahlen 2, 8, 20, 28, 50, 82 und 126 übereinstimmt. Für die Existenz solcher magischer Zahlen hat Jensen zwar umfangreiches experimentelles Material gefunden, doch fehlt eine theoretische Erklärung.

Atome bestehen aus einem Kern von Nukleonen, also positiv geladenen Protonen und elektrisch neutralen Neutronen sowie einer ausgedehnten Wolke aus elektrisch negativ geladenen Elektronen. Im winzigen Atomkern ist fast die gesamte Masse des Atoms vereinigt. Dagegen ist der Durchmesser der Elektronen hülle zwischen 20.000 und 150.000 mal so groß wie der Atomkern.

Durch die Annahme, dass ein Nukleon unterschiedliche Energien haben sollte, je nachdem, ob es es sich beim Umkreisen des Kerns im gleichen oder entgegengesetzten Sinne „dreht“, gelingt Jensen 1948 der Durchbruch zur Erklärung der Magischen Zahlen. Die zusätzliche Annahme einer besonders starken Wechselwirkung zwischen ihrer Eigendrehung, dem "Spin" und ihrer Bahnbewegung erweist sich als entscheidend.

In den ersten Nachkriegsjahren ist es für deutsche Wissenschaftler schwer, an internationale Fachzeitschriften zu gelangen. So ist Jensen glücklich, als er 1948 wieder nach Kopenhagen reisen kann und dort in einer Ausgabe der „Physical Review“ in einem Aufsatz von Maria Goeppert-Mayer (1906-1972), Professorin für Physik an der University of Chicago liest, dass auch sie experimentelle Beweise für die „magic numbers“ gefunden hat und wie er an einer Erklärung arbeitet.

Jensen nimmt Kontakt zu ihr auf und es entwickelt sich zwischen ihnen ein intensiver wissenschaftlicher Austausch, der schließlich dazu führt, dass sie die bislang von beiden unabhängig voneinander aufgestellten Modelle gemeinsam zum sogenannten "Schalenmodell" des des Atomkerns weiterentwickeln.

Auf ihre Versuche zu einem Verständnis der Kerne zu gelangen, hat der dänische Kernphysiker Niels Bohr großen Einfluss. Doch während das von Niels Bohr 1936 entwickelte Tröpfchenmodell den Atomkern mit einem nach den Regeln der Mechanik sich verhaltenden Wassertropfen vergleicht, betrachtet das daraus weiterentwickelte Schalenmodell die einzelnen Nukleonen und deren Bewegung nach den Gesetzen der Quantenmechanik (dem nach dem Physiker Wolfgang Pauli benannten "Pauli-Prinzip").

Für die Entwicklung des Schalenmodells wird Jensen 1963 zu gleichen Teilen mit Maria Goeppert‐Mayer eine Hälfte des Nobelpreises für Physik zugesprochen, (24) die andere Hälfte geht für die Entdeckung der nuklearen Schalenstruktur des Atomkerns an Eugene Wigner, (25) der zeigte, dass die meisten wesentlichen Eigenschaften der Kerne aus allgemein gültigen Symmetrien der Bewegungsgesetze folgen.

Trotz vieler ehrenvoller Rufe aus dem In- und Ausland bleibt Prof. Hans Jensen (26) der Heidelberger Universität treu und verhilft Heidelberg zu einer führenden Rolle in der Kernphysik. Er emeritiert 1969 und stirbt am 11. Februar 1973 unerwartet im Alter von 65 Jahren in seinem Institut für Theoretische Physik Heidelberg, das noch heute im Philosophenweg 16 zu finden ist. 2007 erhält es den Namen "Jensen-Haus" und erinnert eine Gedenktafel an den bedeutenden Forscher. (27)

Bildnachweis

1 Alfred Nobel, gemeinfrei
3 Hans Geiger 1928, gemeinfrei
5. Versuchsanordnung
6.Kaiser-Wilhelm-Institut Heidelberg,
7. Report of Heidelberg
8. von links nach rechts:Johannes Prast, Dr. Ingeborg Schmidt, Dr. Heinz Haber, Prof. Hubertus Strughold, Dr. Siegfried Gerathewohl und Dr. Heinrich Rose.
9. Zyklotron
12. Walther Bothe 1954 gemeinfrei
13. Rudolf Mössbauer
14. Heinz Maier-Leibnitz, Bundesarchiv, B 145 Bild-F041738-0006 / Wienke, Ulrich / CC-BY-SA 3.0
15. Rudolf Mößbauer, 1961
19. Todesanzeige
20. Hans Jensen 1917, Archiv Jörn Scheer
21. Promotionsurkunde
22. Niels Bohr 1922 gemeinfrei
23. Ernennungsurkunde
24. Hans Jensen picture-alliance/dpa
27. Jensen-Gedenktafel