In der nun einhundertjährigen Geschichte der Universität Hamburg sind genau drei ehemalige Dozenten mit der höchsten wissenschaftlichen Auszeichnung – dem Nobelpreis – gewürdigt worden. Woran haben sie geforscht? Wie bedeutsam sind ihre Entdeckungen heute? Und was hat das Pauli-Prinzip mit einem Hörsaal zu tun? Jonas Faltinath stellt die drei Physiker vor.
Otto Stern
Otto Stern kam 1923 als neuer Direktor und ordentlicher Professor des Instituts für Physikalische Chemie an die Universität Hamburg und verbesserte hier die so genannte Molekularstrahlmethode.
Das Prinzip basiert darauf, dass zwei Moleküle, die aufeinander geschossen werden, unterschiedliche Flugbahnen durchlaufen, abhängig davon, ob sie miteinander kollidieren, reagieren oder sich gar nicht berühren. Daraus können Aussagen über die notwendige Energie für eine Reaktion oder die Struktur von Reaktionsprodukten abgeleitet werden.
Außerdem war Stern der erste, der das magnetische Moment des Protons vermaß. Dies erregte in der zeitgenössischen Welt großes Aufsehen, da der experimentell ermittelte Wert um das 2,5-fache größer war als die theoretische Voraussagung. Heute wissen wir, dass das Proton nicht – wie lange angenommen – ein Elementarteilchen darstellt, sondern eine innere Struktur (Quarks) besitzt, auf die diese Abweichung zurückzuführen ist.
„Für seinen Beitrag zur Entwicklung der Molekularstrahlmethode und seine Entdeckung des magnetischen Moments des Protons“ erhielt Otto Stern als erster Professor der Universität Hamburg den Nobelpreis für Physik 1943. Übrigens: Zwar war Otto Stern genial darin Versuchsaufbauten zu entwickeln, er galt jedoch als Person mit zwei linken Händen, weshalb er die Anfertigung der Apparaturen oft seinen Mitarbeitern überließ.
Wolfgang Pauli
Im selben Jahr wie Stern kam auch Wolfgang Pauli nach Hamburg und übernahm 1924 einen Lehrstuhl für Quantenphysik. In der Hochzeit der Entwicklung der Quantenmechanik stand er in engem Austausch mit den Großen der Zeit – wie Heisenberg, Bohr und Schrödinger.
Schon im Jahre 1925 formulierte er ein Ausschließungsprinzip (welches später auch als Pauli-Prinzip bekannt wurde), nach dem es unmöglich ist, dass zwei Elektronen in einem Atom denselben Satz an Quantenzahlen besitzen. Diese Erkenntnis hatte weitreichende Folgen für die Physik und Chemie, konnte damit doch die Besetzungsreihenfolge von Atomorbitalen durch Elektronen und damit der Aufbau des Periodensystems allgemein verständlich gemacht werden.
Heute wissen wir, dass das Pauli-Prinzip für eine Vielzahl an Teilchen, so genannte Fermionen, gilt. Diese versuchen sich weitestgehend zu meiden und können nie in denselben Zustand gebracht werden. Man mag dies vergleichen mit Studenten in einem Hörsaal, die alle lieber einen eigenen Sitzplatz haben statt sich aufeinander zu setzen.
Erst 1945 erhielt Pauli „für die Entdeckung des Ausschlussprinzips, auch Pauli-Prinzip genannt“ den Nobelpreis für Physik. Übrigens: Der größte Hörsaal des Fachbereichs Physik an der Universität Hamburg in der Jungiusstraße trägt zu Ehren Wolfgang Paulis seinen Namen.
Hans D. Jensen
Als gebürtiger Hamburger begann Jensen 1926 das Studium der Physik, Mathematik und Physikalischen Chemie an der Universität Hamburg und promovierte 1932 bei Wilhelm Lenz. Es folgten seine Habilitation und eine Stelle als Privatdozent.
Als seine größte Leistung gilt die Aufbereitung des Schalenmodells des Atomkerns. Danach gibt es im Kern – analog zu den Energieniveaus für die Elektronen in der Hülle – nur diskrete Zustände, die die Kernteilchen, also Protonen und Neutronen, annehmen können. Bedienen wir uns wieder des Analogon eines Hörsaals, so sind die Sitzplätze die Energieniveaus und nur diese können von den Studenten (Kernteilchen) besetzt werden. Sprünge von einem zum anderen sind zwar möglich, aber niemand käme auf die Idee zwischen zwei Plätzen zu sitzen.
So konnte durch ihn erstmals der Grund für die Existenz der so genannten „magischen Zahlen“ erklärt werden. Dabei handelt es sich um die Protonen- oder Neutronenzahlen im Kern, unter denen der Kern besonders stabil ist.
„Für ihre Entdeckungen in Bezug auf die Kernschalenstruktur“ erhielten J. Hans D. Jensen zusammen mit Maria Goeppert-Mayer neben Eugene Wigner den Nobelpreis für Physik 1963.
100 Jahre – 3 Nobelpreise – 3 Mal Physik. Beachtet man nun noch die enge Zusammenarbeit von DESY und Universität Hamburg, so kann man die hohe Qualität der Lehre am Fachbereich Physik ablesen. Es ist übrigens reiner Zufall, dass dieser Blogeintrag als „Werbung“ für ein Physikstudium missinterpretiert werden könnte.
