Das Neutrino, von dem jetzt schon oft die Rede war, wurde 1930 von Wolfgang Pauli vorgeschlagen, der Großes auf dem Gebiet der theoretischen Teilchenphysik erreicht hat. Er hat das Neutrino theoretisch vorhergesagt, 25 Jahre bevor es tatsächlich beobachtet werden konnte. Wie war das möglich?

Beim Betazerfall zerfällt ein Neutron im Kern in ein Proton und Elektron. Das Proton verbleibt im Kern und nimmt nur wenig Rückstoßenergie auf. Das Elektron sollte also, wenn kein weiteres Teilchen entsteht, immer mit der gesamten Energie abhauen. Nun sieht aber das Energiespektrum, das für Elektronen aus Betazerfällen messbar ist, so aus:

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Es gibt also eine kontinuierliche Verteilung der Elektronenergie, nicht nur einen diskreten Wert. Wie konnte das sein? Die Energie muss doch erhalten bleiben!
Nach vielen Erklärungsversuchen hatte Pauli schließlich die rettende Idee: Es muss ein weiteres Teilchen beteiligt sein. Er nannte es zunächst Neutron, aber 1932 entdeckte Chadwick das, was wir heute als Neutron kennen, nämlich das elektrische ungeladene Kernbauteil. Enrico Fermi entwickelte eine vollständige Theorie des Betazerfalls und schlug auch den Namen Nautrino für das weitere beiteiligte Teilchen vor.

Auf dieser Seite findet man eine Abbildung des Briefes, mit dem Pauli des Neutrino vorschlug. Da es etwas schwierig zu lesen ist, hab ich es einmal abgetippt:

Offener Brief an die Gruppe der Radioaktiven bei der Gauvereins-Tagung in Tübingen
[…Anschrift…]
Liebe Radioaktive Damen und Herren,

Wie der Überbringer dieser Zeilen, den ich huldvollst anzuhören bitte, Ihnen des näheren auseinandersetzen wird, bin ich angesichts der “falschen” Statistik der N- und Li-6 Kerne, sowie des kontinuierlichen beta-Spektrums auf einen verzweifelten Ausweg verfallen um den “Wechselsatz” (1) der Statistik und den Energiesatz zu retten. Nämlich die Möglichkeit, es könnten elektrisch neutrale Teilchen, die ich Neutronen nennen will, in den Kernen existieren, welche den Spin 1/2 haben und das Ausschliessungsprinzip befolgen und sich von Lichtquanten außerdem noch dadurch unterscheiden, dass sie nicht mit Lichtgeschwindigkeit laufen. Die Masse der Neutronen könnte von der gleichen Grössenordnung wie die Elektronenmasse sein und jedenfalls nicht grösser als 0,01 Protonenmassen. Das kontinuierliche beta-Spektrum wäre dann verständlich unter der Annahme, dass beim beta-Zerfall mit dem Elektron jeweils noch ein Neutron emittiert wird, derart, dass die Summe der Energien von Neutron und Elektron konstant ist.

Bei solch einer aufwändigen Formulierung kann man nur froh sein, dass englisch die Wissenschaftssprache geworden ist…

Quellen und weitere Informationen:

  1. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/nuclear/beta2.html#c1
  2. ETH – Wolfgang Pauli – Neutrino

Bildquelle:
G. J. Neary, Proc. Phys. Soc. (London), A175, 71 (1940).

Kommentare (7)

  1. #1 GeMa
    02/28/2009

    Ist doch ganz zauberhaft formuliert 🙂

  2. #2 Odysseus
    03/01/2009

    Und sogar eine Neutrinomasse (Unterlichtgeschwindigkeit) hat er schon vorgeschlagen! Nicht schlecht, wenn man bedenkt, dass Neutrinos bis in die neunziger Jahre noch masselos waren 😉

  3. #3 Georg Hoffmann
    03/01/2009

    Aber wenn er das Neutrino, Neutron nannte, was ist denn dann seiner Meinung nach zerfallen? Da mit dem Elektron ja eine Ladung abgehauen ist, muss ja etwas Ladungsneutrales zerfallen sein? Verwirrt. Georg

  4. #4 Argent23
    03/01/2009

    Liebe Radioaktive Damen und Herren […]

    Prust, fast hätte ich meinen Morgenkaffee über den Monitor verteilt!

  5. #5 Georg Hoffmann
    03/01/2009

    Ok ich habe nachgedacht. Das vorm Zerfall “landungsneutrale” war der ganze Kern.

  6. #6 Jörg
    03/01/2009

    1920 hat Rutherford das Neutron vorhergesagt, ich bin nicht sicher wann der Name enstand, vielleicht eben erst 1932 bei der Messung. Jedenfalls sollte Pauli nicht klar gewesen sein, was zerfällt beim Betazerfall, nur was rauskommt.

    Und sogar eine Neutrinomasse (Unterlichtgeschwindigkeit) hat er schon vorgeschlagen! Nicht schlecht, wenn man bedenkt, dass Neutrinos bis in die neunziger Jahre noch masselos waren 😉

    Naja er hat mehr eine Obergrenze vorgeschlagen, denke ich. Schließlich kann man aus dem Betaspektrum auf die Masse des neuen Teilchen schließen, und vielleicht lag die Messgenauigkeit damals so dass man 0,01 Protonenmassen als Obergrenze bestimmen konnte. Später sah man wahrscheinlich bei genaueren Messungen, dass man eine Gerade hat (im Fermi-Kurie-Plot) und daher keine Masse. Und heute wieder versucht man so genau zu messen und doch wieder eine Masse zu finden…

  7. #7 Ronny
    03/02/2009

    Da fällt mir immer das Buch ‘Eine kurze Geschichte von fast allem ein’ in dem erzählt wird, dass Pauli den Ruf hatte ein so genialer theoretischer Physiker zu sein, dass alle Experimente denen er beiwohnte schief gingen 🙂