Warum ich beinahe jede Physikstunde verschlafen hätte — und warum ich mich geirrt habe

Ich gestehe es offen: In der Oberstufe bin ich in Physik regelmäßig fast eingeschlafen. Kaum ein Unterrichtsfach hat mich weniger interessiert.

Aber ab und zu passiert etwas in der Wissenschaft, das selbst den hartgesottensten Physik-Muffel aufweckt.

Dieser Moment ist so einer.

Das Rätsel, das jahrzehntelang niemand lösen konnte

Atome bestehen aus einem winzigen Kern mit Protonen und Neutronen, umgeben von Elektronen. Manchmal werden diese Kerne „angeregt" — sie speichern gewissermaßen überschüssige Energie. Wenn sie sich wieder beruhigen, geben sie diese Energie als Gammastrahlen ab. Stellt euch das wie einen Ball vor, den man in die Luft wirft und der dann langsam herunterfällt.

Jahrzehntelang fiel Wissenschaftlern etwas Seltsames auf: Bestimmte Atomkerne sendeten viel mehr niederenergetische Gammastrahlen aus, als ihre Modelle vorhersagten. Das passierte nicht überall — nur bei bestimmten Atomen unter bestimmten Bedingungen. Und das wirklich Frustrierende: Niemand konnte herausfinden, warum oder welche Atome sich so verhielten.

Eleanor Ronning, eine Forscherin, die an dem Problem arbeitete, fasste es trocken zusammen: „Diese Niederenergie-Verstärkung wurde von der Theorie nicht vorhergesagt. Für die gesamte Fachwelt war das ein echter Schock."

Kurz gesagt: Selbst die Experten hatten keine Ahnung. Was ja nicht unbedingt Vertrauen schafft, wenn dieselben Wissenschaftler gleichzeitig Kernreaktoren und Sternprozesse erklären sollen. Aber dazu später mehr.

Was hat sich geändert?

Ein Team vom Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) und dem Lawrence Livermore National Laboratory hat jetzt seine Ergebnisse im Fachblatt Nature veröffentlicht — und endlich die Antwort gefunden. Und das Beste: Es geht um verborgene Magnetfelder innerhalb von Atomen.

Die Forscher untersuchten, wie radioaktive Kupferatome zu Zink zerfallen. Mit hochmodernen Instrumenten konnten sie zwei verschiedene Arten von Kernübergängen isolieren, die während dieses Zerfalls stattfinden.

Und hier wird es richtig spannend. Der erste Übergang war das, was Physiker einen „elektrischen" Übergang nennen — im Grunde bewegen sich die Protonen im Kern und verändern ihre Positionen.

Der zweite war anders. Das war ein „magnetischer" Übergang, bei dem Protonen und Neutronen ihre inneren magnetischen Eigenschaften umklappen. Wie winzige Kompassnadeln, die alle gleichzeitig herumwirbeln.

Und hier liegt die entscheidende Entdeckung: Nur der magnetische Übergang erzeugte diese rätselhaften zusätzlichen Gammastrahlen. Der elektrische Übergang? Völlig normal. Langweilig, könnte man sagen.

Warum sollte mich das interessieren?

Ich höre euch schon denken: „Schön für Physiker, aber was hab ich davon?"

Eine berechtigte Frage. Hier sind drei gute Gründe:

Erstens: Wir verstehen das Universum besser. Die Kernreaktionen in Sternen, Supernovae und den gewaltigen Kollisionen von Neutronensternen, bei denen Gold und andere schwere Elemente entstehen — sie alle erzeugen Gammastrahlen. Jetzt haben wir ein besseres Verständnis dafür, wie diese Prozesse funktionieren.

Zweitens: Für alle, die sich für nationale Sicherheit interessieren: Das Wissen hilft Wissenschaftlern, Kernwaffenvereinbarungen zu überprüfen und nucleare Ereignisse zu untersuchen. Falls jemand eine Kernwaffe zündet oder ein geheimes Programm betreibt — diese Gammastrahlen-Signaturen könnten helfen herauszufinden, was passiert ist.

Drittens: Es geht um Kernenergie. Je mehr wir über das Verhalten von Atomkernen verstehen, desto besser können wir Kernreaktionen vorhersagen und modellieren. Und wenn man versucht, Strom aus einer der stärksten Reaktionen in der Natur zu gewinnen, ist das alles andere als unwichtig.

Das große Ganze

Was mich an dieser Geschichte am meisten fasziniert, ist nicht nur die Entdeckung selbst — es ist die Erinnerung daran, dass es selbst nach Jahrzehnten der Atomforschung immer noch Überraschungen gibt. Wir glauben, die Physik sei längst ausgereizt, und dann kommt so etwas.

Das Forschungsteam beansprucht nicht, alles gelöst zu haben. Sie haben einen einzigen Atomkern untersucht, und es gibt Hunderte weitere, die sich vielleicht anders verhalten. Aber wie ein Forscher es ausdrückte: Dies ist ein „wichtiger Schritt nach vorn". Eine Grundlage, auf der man aufbauen kann.

Und ehrlich gesagt gibt mir das etwas mehr Vertrauen in die Physikstunden, in die ich damals fast eingeschlafen bin. Wissenschaft geht nicht darum, alle Antworten zu haben — sondern bessere Fragen zu stellen. Manchmal braucht es Jahrzehnte geduldiger Arbeit, um überhaupt zu verstehen, warum etwas Rätselhaftes passiert.

Also, wenn jemand das nächste Mal behauptet, Physik sei langweilig, erzählt ihnen von der verborgenen Magnetkraft in Atomen, die Gammastrahlen erzeugt, die niemand erwartet hat. Das macht euch vielleicht nicht zum Star auf jeder Party. Aber immerhin ist es interessanter als die Frage, was ihr heute gefrühstückt habt.

Quelle: ScienceDaily