Das Neutron wird 80

Am 1. Juni 2012 ist es genau 80 Jahre her, als die berühmte, mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Arbeit des britischen Physikers James Chadwick erschien, mit der er die Existenz des Neutrons bewies. Chadwicks Entdeckung führte zur Entwicklung der Neutronenforschung, die bahnbrechende Ergebnisse in so gut wie allen Wissenschaften liefert. 2012 jährt sich auch zum 40. Mal die Nutzung von Chadwicks berühmten Teilchen am Institut Laue-Langevin – einem der weltweit führenden Zentren für Neutronenforschung. Dort trafen wir den Jubilar zu einem kurzen Interview.

Physik Journal: Herzlichen Glückwunsch zum 80. Geburtstag. Sie wirken erstaunlich jung und frisch für Ihr Alter.

Neutron: Danke, aber ich fürchte, hier im Freien werde ich nicht alt. Zehn Minuten nehme ich mir allerdings gerne Zeit.

PJ: Ist es wahr, dass man Sie zunächst für Gammastrahlung hielt?

n: Ja. Walther Bothe und Herbert Becker hatten 1930 leichtere Elemente wie Magnesium, Aluminium etc. mit Alpha-Teilchen beschossen. Normalerweise werden dabei Protonen und Gammastrahlen freigesetzt. Doch bei Bor, Lithium und vor allem Beryllium war das anders.

PJ: Inwiefern?

n: Da gab es auf einmal keine Protonen, nur eine neutrale Strahlung, die sogar zentimeterdicke Bleiplatten durchdringt. Das konnte nach damaligem Stand eigentlich nur Gammastrahlung sein. Doch bei einer genauen Analyse stimmte die Energie- und Impulsbilanz hinten und vorne nicht, zumindest nicht, wenn man von Gammastrahlung ausging, wie es etwa Frédéric Joliot und Irene Curie taten. Tja, damit lagen sie leider falsch.

PJ: Und wer lag richtig?

n: Der Brite James Chadwick! Ich kann hier nicht in die Details gehen, aber mit seinen Experimenten und einer detaillierten Analyse folgerte er in seinem Nature-Artikel vom 1. Juni 1932: „Es ist evident, dass wir entweder darauf verzichten müssen, die Erhaltung von Energie und Impuls auf diese Kollisionen anzuwenden, oder eine andere Hypothese über die Natur der Strahlung finden müssen.“

PJ: Und?

n: Würden Sie leichtfertig Energie- und Impulserhaltung aufgeben?

PJ: Nein, natürlich nicht.

n: Eben. Chadwick erkannte, dass sich alles ins Lot bringen ließ, wenn man statt Photonen einfach massive, neutrale Teilchen annahm, etwa von der Masse des Protons. Also solides Teilchenbillard statt flatterhafter Photonenschauer.

PJ: Sie haben sich relativ schnell Anwendungen zugewandt.

n: Nun, ich trage keine Ladung, und dringe tief in Materie ein. Da lasse ich mich gerne mal durch eine Wechselwirkung mit Atomkernen ablenken. Auf diesem Weg lernt man so einiges.

PJ: Was sind Ihre positiven Eigenschaften?

n: Ich bevorzuge das Adjektiv nützlich. Also, meine Wellenlänge liegt in der Regel in der Größenordnung interatomarer Abstände, lässt sich aber je nach Geschwindigkeit von 0,001 bis 1000 Nanometer einstellen. Und dank meines Spins liefere ich immer noch unübertroffene Einblicke in magnetische Strukturen auf atomarer Skala.

PJ: 1972 kam Ihre Karriere mit der Gründung des Institut Laue Langevin in Grenoble so richtig in Schwung.

n: Ja, Während der 40 Jahre mit Experimenten habe ich fast alles erlebt, von der Entwicklung der weltweit ersten magnetischen Seife und der Herstellung und Erprobung neuer Radioisotope für gezieltere Krebstherapie bis zur eher grundlegenden Forschung, wie z. B. der ersten Beobachtung eines magnetischen Monopols sowie Experimenten zum Verständnis der Entstehung von Materie nach dem Urknall.

PJ: Wie beurteilen Sie den Einsatz von Neutronenleitern?

n: Die haben mich persönlich viel weiter gebracht. Heinz Maier-Leibnitz, einer der Gründerväter des ILL, war es damals leid, dass ihm alle Nase lang jemand in den Neutronenstrahl lief. Sein Verdienst ist die Entwicklung der auf Total-Reflexion basierenden Neutronenleiter.

PJ: Was war denn das Ungewöhnlichste, was Sie in letzter Zeit gesehen haben.

n: Also, wenn Sie mich so fragen, Ötzis Kupferaxt. Die ganze Axt wohlgemerkt und nicht nur eine Materialprobe, wie es bei einer Röntgenanalyse angebracht gewesen wäre. Aber dafür ist dieses Fundstück natürlich zu kostbar.

PJ: Welche Erkenntnisse konnten Sie liefern?

n: Mit der Metallverarbeitung war es damals wohl nicht weit her. Das Gefüge ist amorph, nichts deutet auf ausgefeilte Schmiedeverfahren oder besondere Materialkenntnisse hin. Ötzi wird die Axt also nur zu Repräsentationszwecken genutzt haben, alles andere hätte sie sicherlich rasch ruiniert. Aber diese Art von Analyse gehört nicht zu meinem Hauptgeschäft. Ich bin vielseitig einsetzbar, nicht nur in der Physik und Materialforschung, sondern mehr und mehr auch für so unterschiedliche Bereiche wie Gesundheit, Umwelt und Technik. Und natürlich möchte ich auch dabei helfen herauszufinden, wie die Welt funktioniert.

PJ: Werden Sie eigentlich lieber in Forschungsreaktoren oder Spallationsquellen erzeugt?

n: Da bin ich grundsätzlich neutral, wenn Sie mir diesen Ausdruck erlauben. Beides hat seine Meriten. Das ILL gibt mir nach wie vor beste Möglichkeiten, kontinuierlich zu arbeiten. Aber natürliche freue ich mich auf neue Pulse in der geplanten European Spallation Source.

PJ: Die zehn Minuten sind schon um, wir danken Ihnen für das interessante Gespräch.

Proton und Elektron: Welches Gespräch?

Alexander Pawlak