Enrico Fermi: Die Arbeit, die Nature ablehnte
Es steckt eine brauchbare Lehre darin, dass die Gründungsarbeit der Physik der schwachen Wechselwirkung von der angesehensten Zeitschrift ihrer Zeit abgelehnt wurde. Fermi veröffentlichte sie anderswo, auf Italienisch und dann auf Deutsch, und sie wurde eine der folgenreichsten theoretischen Arbeiten des zwanzigsten Jahrhunderts. Von ihm stammt auch das Wort, das heute alle verwenden: Neutrino, das kleine Neutrale, eine italienische Verkleinerungsform zur Unterscheidung von Paulis Teilchen und dem Neutron.
Aus einer Vermutung eine Theorie machen
Pauli hatte ein Teilchen vorgeschlagen. Das ist nicht dasselbe wie eine Theorie. Es fehlte ein Mechanismus: Wie wird ein Neutron im Kern zu einem Proton, einem Elektron und diesem neuen neutralen Etwas - und wie oft?
Fermi lieferte ihn 1934 über eine Analogie zur Lichtaussendung. In der Elektrodynamik entsteht ein Photon in dem Moment, in dem ein Atom seinen Zustand wechselt; vorher existiert es nicht. Fermi schlug vor, dass Elektron und Neutrino ebenso erst im Augenblick des Zerfalls entstehen, statt im Kern auf ihren Auszug zu warten.
Er schrieb das als direkte Wechselwirkung zwischen vier Teilchen an einem einzigen Punkt, mit einer Kopplungsstärke, die gemessen und nicht hergeleitet werden musste. Diese Konstante heißt heute Fermi-Kopplung, und ihr kleiner Wert ist der Grund, warum die schwache Kernkraft schwach ist.
Die Theorie machte Vorhersagen. Sie lieferte die Form des Elektronenenergiespektrums, die zur Beobachtung passte, und verband Zerfallsraten mit der verfügbaren Energie. Ein tragfähiges quantitatives Modell einer Kraft, die zuvor niemand beschrieben hatte - gebaut aus einer Analogie und einer gemessenen Zahl.
Der Wirklichkeit zu fern
Fermi reichte die Arbeit bei Nature ein, die sie ablehnte. Die angegebene Begründung: Sie enthalte Spekulationen, die der physikalischen Wirklichkeit zu fern seien, um den Leser zu interessieren. Er veröffentlichte sie in der italienischen Zeitschrift Il Nuovo Cimento und danach in der deutschen Zeitschrift fuer Physik, und von dort verbreitete sie sich.
Die Ablehnung wird oft zitiert, meist als Witz auf Kosten des Gutachters. Nüchtern gelesen ist sie interessanter. 1934 war das Neutrino nicht nachgewiesen, das Neutron zwei Jahre alt, und die Arbeit schlug auf Grundlage einer Analogie eine neue fundamentale Kraft vor. Ein vorsichtiger Herausgeber handelte nicht unvernünftig.
Den Unterschied machte nicht, dass Fermi lauter argumentierte. Es war, dass die Theorie Zahlen lieferte, diese Zahlen zu Messungen passten und weiter passten, als die Messungen besser wurden. Die Arbeit setzte sich auf dem einzigen Feld durch, das am Ende zählt.
Beide Hälften davon lohnen es, festgehalten zu werden. Die Ablehnung war damals vertretbar, und sie war falsch. Begutachtung siebt die meisten schlechten Ideen aus und gelegentlich eine gute, und die Korrektur kommt aus Belegen, nicht aus Beharren.
Der Rest der Arbeit
Fermi ist ungewöhnlich darin, in Theorie und Experiment gleichermaßen erstklassig gewesen zu sein - schon zu seinen Lebzeiten selten und heute nahezu ausgestorben. Sein Nobelpreis 1938 galt Arbeiten zur neutroneninduzierten Radioaktivität und der Entdeckung, dass langsame Neutronen sie weit wirksamer auslösen.
Die Auszeichnung hatte einen zweiten Nutzen. Seine Frau Laura war Jüdin, und Italien hatte in jenem Jahr Rassengesetze eingeführt. Die Familie reiste zur Verleihung nach Stockholm und fuhr von dort weiter in die Vereinigten Staaten, statt zurückzukehren.
In Chicago leitete er am 2. Dezember 1942 den Aufbau von Chicago Pile-1 und erreichte die erste kontrollierte, sich selbst erhaltende nukleare Kettenreaktion - unter den Rängen eines stillgelegten Sportplatzes. Später arbeitete er in Los Alamos.
Er starb 1954 im Alter von dreiundfünfzig Jahren. Nach ihm sind die Fermionen benannt, dazu ein Element, ein Labor, eine Klasse von Abschätzungsaufgaben und das Paradoxon über das Ausbleiben sichtbarer außerirdischer Zivilisationen.
Häufige Fragen
Was fügte Fermi Paulis Idee tatsächlich hinzu?
Einen Mechanismus und eine Rechnung. Pauli schlug ein Teilchen vor; Fermi schlug vor, wie der Zerfall abläuft - Elektron und Neutrino entstehen im Augenblick des Zerfalls - und lieferte eine Theorie, die Elektronenspektrum und Zerfallsraten vorhersagte.
Hat Nature die Arbeit wirklich abgelehnt?
Ja, mit der Begründung, sie enthalte Spekulationen, die der Wirklichkeit zu fern seien, um den Leser zu interessieren. Fermi veröffentlichte sie stattdessen auf Italienisch und Deutsch, und sie wurde das Fundament der Physik der schwachen Wechselwirkung.
Woher kommt das Wort Neutrino?
Von Fermi. Es ist eine italienische Verkleinerungsform und bedeutet das kleine Neutrale, geprägt zur Unterscheidung von Paulis vorgeschlagenem Teilchen und dem 1932 entdeckten Neutron, das den ursprünglich von Pauli verwendeten Namen übernommen hatte.
Wofür bekam er den Nobelpreis?
Für neutroneninduzierte Radioaktivität und die Entdeckung, dass langsame Neutronen sie weit wirksamer erzeugen. Verliehen 1938 - und die Reise zur Verleihung ermöglichte seiner Familie, das faschistische Italien zu verlassen.
Was ist die Fermi-Kopplungskonstante?
Die gemessene Stärke der Wechselwirkung in seiner Betazerfallstheorie. Ihr sehr kleiner Wert ist der Grund, warum die schwache Kernkraft schwach ist - und damit der Grund, warum Neutrinos so selten wechselwirken.
