Von Thomas v. Randow

Materie, ob Luft, Schnaps, Stein oder Kunststoff, setzt sich aus Molekülen zusammen. Moleküle wiederum bestehen aus Atomen. Atome aber sind nicht das, was ihr Name besagt, atomos = unteilbar; vielmehr sind sie aus drei verschiedenen Elementarteilchen aufgebaut, aus den Protonen und Neutronen des Atomkerns und den Elektronen, die diesen Kern in relativ weitem Abstand umgeben. Und diese Elementarteilchen – sind sie nun wirklich elementar, die definitiv letzten Bausteine der Materie? Nein, so vermuten viele Physiker, die deshalb mit großem Eifer nach noch elementareren Bestandteilen der subatomaren Teilchen fahnden. Jetzt, so scheint es, haben Experimente an einem der gigantischen Mikroskope der Elementarteilchenphysiker, am Elektronen-Linearbeschleuniger in Stanford (Kalifornien), Indizien dafür geliefert, daß zumindest die Kernteilchen Proton und Neutron ihrerseits aus Teilchen zusammengesetzt sind, die den Namen "Partonen" erhalten haben.

Vorerst allerdings wird diese Nachricht von einigen Fachleuten der Elementarteilchenphysik mit großer Skepsis aufgenommen. Mancherorts wird gar gemunkelt, man habe sich in Stanford zu einer allzu voreiligen Interpretation von unsicheren Resultaten verleiten lassen, weil gegenwärtig Erfolgsmeldungen in der notleidenden amerikanischen Wissenschaft dringend benötigt würden. Doch zeichnen immerhin zwei Gelehrte dafür verantwortlich, die international als seriöse und begabte Forscher hoch geachtet werden, die Physikprofessoren Henry Kendall vom Massachusetts Institute of Technology und Wolfgang Panofsky von der nicht minder berühmten Stanford-Universität.

Daß Atome einen elektrisch positiv geladenen, von negativ geladenen Elektronen umhüllten Kern besitzen, der zehntausendmal kleiner ist als das Atom selbst (Atomdurchmesser: einige zehnmilliardstel Millimeter), hat vor vierundsechzig Jahren der Engländer Ernest Rutherford entdeckt. So wichtig wie diese Erkenntnis, mit der die moderne Kernphysik ihren Anfang nahm, ist für die Wissenschaft auch das von dem späteren Nobelpreisträger erdachte geistreiche Verfahren, mit dem er das Atominnere untersucht hat. Diese Methode nämlich ist seitdem unzählige Male mit großem Gewinn angewandt worden. Ihr verdanken die Elementarteilchenphysiker Nahezu alles, was sie über ihre unvorstellbar, winzigen Forschungsobjekte in Erfahrung gebracht haben.

Solche "Streuexperimente" haben auch jetzt jene überraschenden Resultate erbracht, die Kendall und Panofsky nur mit der Existenz von Partönen zu erklären vermögen, von punktförmigen Bestandteilen der Atomkern-Bausteine.

Ernest Rutherford hatte bei seinem klassischen Experiment im Jahre 1907 an der Universität Manchester ein Stück radioaktives Material in eine mit einer Bohrung versehene Bleikapsel eingeschlossen. Damit erreichte er, daß die radioaktive Strahlung lediglich in einer bestimmten Richtung wirksam wurde. Diesen aus "Alphateilchen" (Atomkernen des Heliums) bestehenden scharfen Strahl lenkte der britische Experimentalphysiker auf eine dünne Metallfolie. Die Atome dieser Folie würden vermöge ihrer elektrischen Ladung die durch das Material fliegenden Alphateilchen aus ihrer Flugrichtung mehr oder weniger ablenken, sagte sich Rutherford, und an dieser Streuung des Strahls müsse die Verteilung der elektrischen Ladung im Atom erkennbar sein. In der Tat konnte Rutherford an der Art, wie der radioaktive Strahl nach dem Durchtritt durch die Folie beschaffen war, den bis dahin noch unbekannten Aufbau des Atoms ablesen.

Heute verfahren Physiker, die die subatomare Welt erkunden wollen, nicht anders. Auch sie lenken Teilchenstrahlen auf Materie, um deren Streuung zu beobachten und Schlüsse daraus zu ziehen. Nur bedienen, sie sich einer in riesigen Beschleunigungsmaschinen künstlich erzeugten Strahlung, deren Teilchen unvergleichlich viel mehr Energie besitzen als die Heliumkerne, mit denen Rutherford seine Metallfolie bombardierte.