Wir müssen einen kleinen Ausflug in die Kernphysik machen. Da gibt es die Radioaktivität, die von den Atomkernen ausgeht.
Wir besprechen die Beta-Aktivität: Dabei beobachtet man wie ein Elektron aus dem Atomkern herausfliegt. Es besitzt meist sehr hohe Energien.
Schon 1925 war klar, dass das Elektron nicht schon vorher im Atomkern gewesen sein kann (die Quantenmechanik (Unbestimmtheitsbeziehung) hat ergeben, dass es dann eine Energie von 1500 Nm haben müsste, das ist fern von allem, was man sich vorstellen kann).
Schnell stellte sich heraus, dass die Elektronen durch die Umwandlung von Neutronen in Protonen entstehen:
n → p + e
Wenn man diesen Vorgang an freien Neutronen beobachtet, dann müsste das Elektron eine ganz bestimmte Energie haben und immer in entgegengesetze Richtung zum Proton fliegen.
Genau das beobachtet man aber nicht. Das Elektron fliegt in irgendeine Richtung und hat irgendeine Energie unterhalb der erwarteten.
Die Abbildung zeigt eine typische Verteilung der Elektronenenergie beim Neutronenzerfall.
Energie und Impulserhaltungssatz scheinen somit ungültig zu sein.
Eine Katastrophe für die Physik der 20-er Jahre!
Um die Gültigkeit der heißgeliebten Erhaltungssätze für Energie und Impuls zu retten, forderte er, dass ein weiteres Teilchen entstehen muss, das eigentlich unbeobachtbar ist.
Hier ein Brief an die Physikalischen Gesellschaft, an deren Tagung Pauli wegen einer Tanzveranstaltung nicht teilnahm, und in dem Pauli diese Idee zum ersten Mal äußerte.
Das von Pauli erfundene Teilchen muss elektrisch neutral sein, und es darf fast keine Masse besitzen. Nur so kann man erklären, dass es nicht beobachtbar ist. Dieses Teilchen wurde 1933 von Enrico Fermi Neutrino genannt. Fermi hat auf dem 7.Solvay Kongress 1933 Pauli ermutigt diese Idee zu veröffentlichen.
Nochmal: Um die Erhaltungssätze zu retten, hat Pauli etwas erfunden, was man nicht beobachten kann...
Aber er hatte Glück:
Die Neutrinos konnten erst 1959 durch ein bahnbrechendes Experiment von Reines und Cowan nachgewiesen werden.
Reines bekam dafür 1995 den Nobelpreis (Cowan war leider schon 1974 gestorben).
Auch Pauli hat 1945 einen Nobelpreis bekommen, aber nicht für seine Neutrinoerfindung (die war ja noch nicht bestätigt), sondern für die Aufstellung des Pauli-Prinzips, das man in der Oberstufe in Chemie und Physik kennenlernt.
Heute weiß man, dass Neutrinos ungehindert durch eine 11 Lichtjahre dicke Betonwand fliegen können.
Trotzdem kann man in riesigen Neutrinoteleskopen im Eis der Antarktis durch die Erde hindurch die Neutrinos aus dem Sonneninneren registrieren.
(alle Bilder: wikipedia common)
Wer mehr über Neutrinos erfahren möchte, kann sich Vorträge von mir darüber anhören. Man findet sie auf meiner Homepage
www.natur-science-schule.info
in der Abteilung Videos, Kurs Elementarteilchenphysik.
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