Nobelpreisträger ShechtmanDer Revolutionär der Kristallwelt

Quasikristalle vereinen Schönheit, Harmonie, Ordnung – ihrem Entdecker Daniel Shechtman brachten sie erst nur Spott. Nun ist der "Quasi-Wissenschaftler" Nobelpreisträger. von Hartmut Wewetzer

Daniel Shechtman steht vor einem Elektronenmikroskop im Technion-Institut für Technologie im israelischen Haifa. Kurz zuvor war ihm der Chemienobelpreis 2011 zugesprochen worden.

Daniel Shechtman steht vor einem Elektronenmikroskop im Technion-Institut für Technologie im israelischen Haifa. Kurz zuvor war ihm der Chemienobelpreis 2011 zugesprochen worden.  |  © Uriel Sinai/Getty Images

Es ist ein kühler, klarer Frühlingsmorgen. Am 8. April 1982, einem Donnerstag, betrachtet der israelische Gastwissenschaftler Daniel "Dan" Shechtman mit Hilfe eines Elektronenmikroskops einen neuen Kristall, den er in seinem Labor am National Bureau of Standards im amerikanischen Gaithersburg hergestellt hat. Der Elektronenstrahl hat beim Durchgang durch den Kristall ein regelmäßiges Muster erzeugt. Was Shechtman sieht, macht ihn baff: Zehn Punkte, kreisförmig und symmetrisch um einen zentralen Punkt angeordnet. Das kann nicht sein, denkt Shechtman, das wäre gegen alle Regeln. "10-fach???" notiert er fassungslos in seine Kladde.

Aber Shechtman, mittlerweile emeritierter Wissenschaftler am Technion-Institut in Haifa, hat richtig gesehen. Seine Entdeckung der Quasikristalle wird nun, mehr als 29 Jahre später, mit dem Nobelpreis für Chemie 2011 ausgezeichnet. Shechtmans Forschung habe "das Verständnis der Chemiker von Feststoffen fundamental verändert", teilte das Nobelkomitee am gestrigen Mittwoch in Stockholm mit.

Anzeige

Das war nicht abzusehen, als Shechtman seine Ergebnisse dem Leiter seiner Arbeitsgruppe vorträgt. Der legt ihm daraufhin ein Lehrbuch der Kristallographie, der Wissenschaft von den Kristallen, auf den Schreibtisch. Mit dem Kommentar: "Lesen Sie gefälligst, was hier drin steht." Als Shechtman nicht spurt, wird er 24 Stunden später an die Luft gesetzt. "Sie blamieren unsere Arbeitsgruppe", sagt sein Chef. So wie er reagieren viele Kollegen. Sie verlachen den Kristallforscher, eine zur Veröffentlichung bei einer Fachzeitschrift eingereichte Studie bekommt Shechtman fast postwendend zurück.

Um zu verstehen, warum die Zunft der Kristallographen so empört reagierte, muss man sich vor Augen halten, dass seine Erkenntnisse gegen die Grundregeln der Kristallographie verstießen, mit den Worten des Nobelkomitees "gegenläufig zu den Naturgesetzen" waren.

Unerlaubtes in einer perfekt geordneten Welt

Atome in kristallinen Festkörpern wie Metallen oder Mineralen sind periodisch angeordnet. Ihr Muster wiederholt sich regelmäßig im Kristall, vergleichbar einem Schachbrett mit lauter Quadraten oder einer Honigwabe, die sich aus Sechsecken zusammensetzt.

Das verleiht Kristallen eine weitere wichtige Eigenschaft: ihre Elemente sind rotationssymmetrisch. Die Vierecke eines Schachbretts können jeweils um 90 Grad gedreht werden, um das gleiche Muster zu erhalten, die Sechsecke der Wabe um 60 Grad, ein Kristall voller Dreiecke um 120 Grad. Die Forscher sprechen von vierfacher (Schachbrett-Vierecke), sechsfacher (Honigwaben-Sechsecke) und dreifacher (Dreiecks-Kristall) Symmetrie.

Es ist eine perfekt geordnete Welt. Erlaubt sind in ihr die einfache, zweifache, dreifache, vierfache und die sechsfache Rotationssymmetrie. Nicht aber die fünffache. Aus Fünfecken lässt sich kein periodischer Kristall bauen. Fünfecke sprengen die Ordnung. Wie jeder weiß, der schon einmal versucht hat, sein Badezimmer mit fünfeckigen Kacheln zu fliesen.

Shechtman untersucht seinen Kristall aus Aluminium und Mangan mit der vermeintlich zehnfachen Symmetrie genauer und stellt fest, dass es sich in Wahrheit um eine fünffache Symmetrie handelt. Die ist natürlich genauso wenig erlaubt. Sein Kristall verstößt gegen die herrschende Ordnung. Er ist nicht regelmäßig, so wie die Lehrbücher es vorschreiben. Aber er existiert.

Leserkommentare
    • _bla_
    • 06. Oktober 2011 10:25 Uhr

    Ein schöner Artikel, der gut zeigt, wie reale Wissenschaft funktioniert:
    Es gibt große Widerstände dagegen als sicher bekannt geglaubte Theorien zu verwerfen, selbst bei Nobelpreisträgern. Was in hinreichend vielen Lehrbüchern auftaucht, das ist schwer in Frage zu stellen.
    Andererseits wird aber doch irgendwann erkannt, dass die Theorie revidiert werden muss.

  1. p/q = (p+q)/p

    nach p und q aufzuloesen dann weiss er auch endlich was der goldene Schnitt ist.

    • Quirke
    • 06. Oktober 2011 17:44 Uhr

    Im letzten Abschnitt seines rührt der Autor das Fünfeck, die Fibonacci-Zahlen und den Goldenen Schnitt doch mit etwas zu leichter Hand zusammen. Diese drei Themen haben tatsächlich etwas miteinander zu tun (so schneiden sich die Diagonalen eines regelmäßigen Fünfecks im Verhältnis des Goldenen Schnitts); die Fibonacci-Zahlen jedoch hängen mit dem G. S. nur über eine höchst komplizierte Formel (die BINET-Formel) zusammen. Die Zahlenverhältnisse 3 zu 5 oder 5 zu 8 haben direkt mit dem G. S. nichts zu tun und gelten meines Wissens auch nicht als besonders ästehtisch! Zum Nachlesen empfehle ich dem Autor das Werk "Der Goldene Schnitt" von Beutelspacher/Petri.

    Reaktionen auf diesen Kommentar anzeigen
    • Quirke
    • 06. Oktober 2011 18:02 Uhr

    .... Die Zahlenverhältnisse 3 zu 5 oder 5 zu 8 haben direkt mit dem G. S. nichts zu tun und gelten meines Wissens auch nicht als besonders "ästhetisch"....

    • Quirke
    • 06. Oktober 2011 18:02 Uhr

    .... Die Zahlenverhältnisse 3 zu 5 oder 5 zu 8 haben direkt mit dem G. S. nichts zu tun und gelten meines Wissens auch nicht als besonders "ästhetisch"....

    • zd
    • 06. Oktober 2011 22:16 Uhr

    haben sie jetzt tatsaechlich einen ganzen satz neu gepostet, nur weil ihnen ein zufallsfehler unterlaufen ist?

Bitte melden Sie sich an, um zu kommentieren

Service