Wolfgang Pauli: Ein verzweifelter Ausweg, der sich als wahr erwies
Die Physik hält selten den Moment fest, in dem jemand aus Verlegenheit ein Teilchen erfindet. Paulis Moment ist dokumentiert, denn er schrieb ihn in einem Brief nieder, den er nicht einmal persönlich überbrachte - er hatte einen Ball zu besuchen. Der Brief schlug das Neutrino vor, um ein Gesetz zu retten, das er nicht aufgeben wollte, und er war von seiner eigenen Idee so wenig überzeugt, dass er sie drei Jahre lang nicht veröffentlichte.
Das Problem, das er lösen wollte
Ende der 1920er-Jahre war der Betazerfall zu einer Peinlichkeit geworden. Sandte ein Kern ein Elektron aus, hätte dessen Energie festliegen müssen: ein bestimmter Anfangszustand, ein bestimmter Endzustand, eine bestimmte Differenz. Stattdessen fanden Experimente ein kontinuierliches Spektrum - Elektronen bei jeder Energie bis zu einem Höchstwert, die meisten deutlich darunter.
Die fehlende Energie musste irgendwohin, sonst war die Energieerhaltung falsch. Niels Bohr schlug ernsthaft vor, dass sie falsch sein könnte - dass Energieerhaltung im Kern nur statistisch gelte. Das war eine achtbare Position, vertreten vom angesehensten Physiker seiner Zeit.
Pauli lehnte sie ab. Seine Alternative war die Annahme, dass gemeinsam mit dem Elektron ein zweites Teilchen den Kern verlässt, sich die Energie in wechselnden Anteilen mit ihm teilt, keine Ladung und fast keine Masse trägt - und deshalb niemandem aufgefallen war.
Der Vorschlag war sparsam: Er rettete die Energieerhaltung, erklärte das kontinuierliche Spektrum exakt und verlangte nur ein einziges neues Objekt. Er verlangte allerdings auch, an etwas Unsichtbares zu glauben - deshalb war ihm so unwohl dabei.
Der Brief
Am 4. Dezember 1930 schrieb Pauli an eine Physikertagung in Tübingen und redete die Anwesenden als Liebe radioaktive Damen und Herren an. Er legte den Vorschlag dar, nannte das neue Teilchen ein Neutron - das eigentliche Neutron war noch nicht entdeckt und übernahm den Namen zwei Jahre später - und erklärte, er könne nicht persönlich kommen, weil seine Anwesenheit bei einem Ball in Zürich unabkömmlich sei.
Der Ton des Briefes ist das Interessante. Er bezeichnet die eigene Idee als verzweifelten Ausweg, sagt, er fühle sich nicht sicher genug, sie zu veröffentlichen, und bittet die Empfänger um ihr Urteil. Das ist keine falsche Bescheidenheit. Er hielt es tatsächlich für möglich, dass er etwas Unfalsifizierbares vorschlug.
Einem Kollegen soll er danach gesagt haben, er habe etwas Schreckliches getan: ein Teilchen postuliert, das sich nicht nachweisen lasse. Ob der Wortlaut genau stimmt, ist unsicher, aber die Haltung passt zu allem, was er damals sonst dazu schrieb.
Mit der Schwierigkeit hatte er recht. Ein Neutrino wechselwirkt so schwach, dass ein Lichtjahr Blei nur etwa die Hälfte eines Strahls aufhielte. Eines nachzuweisen verlangt entweder ein gewaltiges Ziel oder einen gewaltigen Fluss, und 1930 gab es weder das eine noch das andere.
Was aus der Idee wurde
Pauli veröffentlichte den Vorschlag drei Jahre lang nicht. Es war Enrico Fermi, der ihn 1934 ernst genug nahm, um eine vollständige Theorie darum zu bauen, und der dem Teilchen seinen heutigen Namen gab - das kleine Neutrale, zur Unterscheidung vom Neutron, das James Chadwick 1932 entdeckt hatte.
Der Nachweis gelang 1956, als Clyde Cowan und Frederick Reines am Reaktor von Savannah River Neutrinos fanden. Sie schickten Pauli ein Telegramm. Er antwortete, alles komme zu dem, der zu warten weiß, und soll mit Kollegen eine Kiste Champagner getrunken haben.
Er starb 1958, zwei Jahre nach der Bestätigung und siebenunddreißig Jahre bevor Reines dafür den Nobelpreis erhielt. Sein eigener Nobelpreis von 1945 galt dem Ausschlussprinzip - einem eigenständigen und wohl größeren Beitrag.
Die Episode lohnt aus einem bestimmten Grund die Erinnerung. Pauli schlug kein Teilchen vor, um eine Unbequemlichkeit zu erklären, sondern um ein Erhaltungsgesetz gegen eine ernstzunehmende Alternative zu verteidigen, die es aufgegeben hätte. Das Neutrino war die konservative Option.
Häufige Fragen
Warum schlug Pauli das Neutrino vor?
Um die Energieerhaltung zu retten. Der Betazerfall lieferte Elektronen mit einem kontinuierlichen Energiebereich statt eines festen Werts, und die Alternative auf dem Tisch - von Niels Bohr vorgebracht - lautete, dass die Energieerhaltung im Kern schlicht versage.
Nannte er es Neutrino?
Nein. Er nannte es Neutron, bevor das eigentliche Neutron 1932 entdeckt wurde. Enrico Fermi taufte es später Neutrino, also das kleine Neutrale.
Warum entschuldigte er sich dafür?
Weil er glaubte, ein Teilchen vorgeschlagen zu haben, das sich nie nachweisen lasse - für einen Physiker in seinen Augen eine schlechte Sache. Er nannte die Idee einen verzweifelten Ausweg und veröffentlichte sie drei Jahre lang nicht.
Erlebte er den Nachweis noch?
Ja. Cowan und Reines bestätigten das Neutrino 1956 und schickten ihm ein Telegramm. Pauli starb 1958.
Bekam er den Nobelpreis für das Neutrino?
Nein. Er erhielt den Physik-Nobelpreis 1945 für das Ausschlussprinzip. Frederick Reines bekam 1995 einen Nobelpreis für den Nachweis des Neutrinos, siebenunddreißig Jahre nach Paulis Tod.
