Aktuelle Forschung

Ein Forscher zum Anfassen

  
Appell an die (natur)wissenschaftliche Neugier

Randolf Pohl vom Max-Planck-Institut München referierte am Willibald-Gymnasium

 

Eichstätt (jok) Einen anspruchsvollen, aber äußerst spannenden Einblick in die Grundlagenforschung der modernen Kernphysik bekamen die Schüler der Oberstufe des Willibald-Gymnasiums bei zwei Vorträgen von Randolf Pohl, der sich seit zwölf Jahren damit beschäftigt, die Größe eines Protons zu messen.


Angeregt durch die Forschungen seines Professors Theodor W. Hänsch, der 2005 den Nobelpreis für Physik erhielt, setzte Dr. Pohl dessen Forschungen fort. Um diese Arbeit zu verstehen, muss man wissen, dass das Proton den Kern des Wasserstoffatoms bildet. Um das Proton bewegt sich sehr schnell ein Elektron und bildet so die Hülle des Atoms. Ziel der Wissenschaft ist es seit Beginn des letzten Jahrhunderts, das Wissen über die Vorgänge in Atomen zu erweitern, die uns letzten Endes auch helfen, den Urknall besser zu verstehen.

Ein Teilbereich der Forschung besteht nun darin, die Größe, d. h. den Durchmesser des Protons auszumessen. Um den Schülern eine Vorstellung vom Durchmesser eines Protons zu geben, erklärte Pohl, dass es um einen Größenbereich gehe, den man in etwa mit einem millionsten Teil von einem millionsten Millimeter beschreiben könnte.

Auch wenn bereits Forschungen von anderen Wissenschaftlern vorlagen, ging es Pohl und seinem Team darum, die Messungen noch genauer durchzuführen. Zur Realisierung derartiger Experimente mussten sich die Wissenschaftler zuerst Gedanken über ihre Vorgehensweise machen, um sich dann die dafür notwendigen Geräte selbst zusammenzubauen und zu programmieren.

Schickt man auf das Elektron, das das Proton umkreist, im richtigen Moment die passende Energiemenge eines Laserstrahls, so nimmt das Elektron zuerst die Energie auf und setzt sie kurze Zeit später wieder in einer Art Lichtblitz frei. Dieser muss dann von einem eigens gebauten Detektor registriert werden. Mit Hilfe dieser Lichtblitze, deren Energie durch die Einstellungen des Lasers bekannt ist, kann der Radius des Protons berechnet werden.

Das Problem bestand also darin, mit unterschiedlichen Parametern des Lasers zu experimentieren und dann zu warten, ob eine Reaktion in Form von Lichtblitzen auszumachen war. Der Laser wurde so eingestellt, dass alle halbe Stunde eine neue Frequenz – und damit eine neue Energiemenge – abgegeben wurde, um dann irgendwann in einen Bereich zu kommen, in dem die Reaktion in Form von Lichtblitzen erfolgt.

Nach zwölfjähriger Arbeit, während der die Laser präzisiert, die Messmethode immer wieder überprüft und die Vorgehensweise hinterfragt wurde, registrierte der Detektor die ersehnten Lichtblitze, die sich aber in einem ganz anderen Frequenzbereich befanden als ursprünglich angenommen. Als Ergebnis stellten die Forscher fest, dass ihr Wert für den Protonenradius um ca. 4 Prozent kleiner ist als der bisher von anderen Forschern nachgewiesene.

Mit diesem – für Physiker – sensationellen Ergebnis brachten es Pohl und seine Mitarbeiter unter anderem auf die Titelseite des angesehenen amerikanischen Wissenschaftsmagazins „Nature“ und in die Hauptnachrichtensendung des Fernsehens von Taiwan, das dem Forscherteam einen Filmbeitrag widmete.

In der Physik hingegen setzte eine Diskussion ein, wie man das neue „Protonenmaß“ erklären solle. Nach mehrmaliger Überprüfung konnten Pohl und sein Team ausschließen, dass ein Fehler im Aufbau oder bei der Berechnung unterlaufen war. Vielleicht musste man ab sofort auch davon ausgehen, dass ein Proton anders beschaffen ist, als man bisher angenommen hatte. Eine weitere Ursache könnte darin bestehen, dass es ein Teilchen geben könnte, von dem die Physik bis jetzt noch gar nichts weiß – was letzten Endes das Standardmodell der heutigen Physik ins Wanken bringen würde.

In der anschließenden Diskussion mit den Schülern wurde u. a. die Frage nach dem Sinn solcher Forschungen gestellt. Dabei erläuterte Pohl das Selbstverständnis der Physiker, zuerst die Grundlagen zu erforschen, um die praktischen Anwendungen dem Bereich der Industrietechnologie zu überlassen. In seinem Fall verwies er auf den von ihm entwickelten Laser, der inzwischen hilft, Schweißnähte beim Autobau noch präziser zu setzen.

Auf eventuelle „Durststrecken in der Motivation“ bei seinen Forschungen angesprochen, entgegnete der Referent glaubhaft, dass der gesamte Prozess äußerst spannend war und ihn auch in Zukunft nicht mehr loslässt. Zum Ende seines Vortrags, den Fachbetreuerin Maren Bauer organisiert hatte, äußerte der Referent den Appell an die Schüler, diese wissenschaftliche Neugier zuzulassen. Die Neugier von Dr. Pohl ist jedenfalls noch nicht gestillt, denn je tiefer er in die Materie der Kernphysik vordringt, umso mehr wird ihm klar, dass „der Mensch die wesentlichen Vorgänge um dunkle Masse und dunkle Energie noch gar nicht verstanden hat.“

 

Nach den beiden Vorträgen stand der Referent noch für persönliche Gespräche und Fragen zur Verfügung.