1922: die Geburt der Quantenphysik in Frankfurt

Ein Seibert-Mikroskop aus Wetzlar war dabei und ersetzte die Hebamme.

Die Quantenphysik hat in den letzten 100 Jahren viele neue Technologien hervorgebracht, die das Leben der Menschen grundlegend verändert haben. Es begann mit der Neugier der Wissenschaftler, hier vor allem der Physiker. Max Planck postulierte 1900, dass das Licht aus einzelnen Quanten (Photonen) besteht und entdeckte dabei die wichtigste Kon-stante der Quantenwelt, die später nach ihm benannte Planckkonstante h [1]. 1913 stellte Niels Bohr eine weitere Hypothese zum Atombau auf: dass diese Konstante die Dynamik der Elektronenbewegung in Atomen bestimmte [2]. Es blieben aber wichtige experimentelle Beobachtungen wie der Zeeman-Effekt (betrifft die Lichtemission von Atomen im Magnetfeld) völlig unerklärt durch diese Hypothesen [3]. 1916 dann waren es Arnold Sommerfeld und Peter Debye, die das Postulat der Richtungsquantelung aufstellten, ein Postulat, das dem gesunden Menschenverstand diametral widersprach [4]. Richtungsquantelung heißt, die Elektronen in Atomen bilden eine dynamische ausgerichtete Einheit und ordnen sich wegen der Kopplung ihrer Drehimpulse zu einer ewig stabilen Elektronenhülle und erzeugen ein winziges magnetisches Dipolmoment.

Niemand konnte diese Hypothese damals glauben, wie konnte eine solche Ordnung entstehen? Da musste ein Experiment her, mit dem man ins Innere der Atome hineinschauen konnte. Es war Otto Stern in Frankfurt, der eine geniale Messapparatur entwarf, um die Ausrichtung des magnetischen Moments eines Atoms (hier Ag-Atome) in einem äußeren Magnetfeld nachweisen zu können [5]. Zusammen mit Walther Gerlach versuchten Stern und sein Feinmechaniker Adolph Schmidt ab 1921 in Frankfurt, dieses Experiment zum Erfolg zu führen [6]. Albert Einstein gab diesem Experiment den Namen Stern-Gerlach-Experiment SGE [7].

Dieses Mikroskop wurde in der Garage von Sterns Nichte Liselotte Templeton im Brewster Drive auf den Berkeley Hills in Kalifornien 2009 aufbewahrt [9]. Wie war es dorthin gekommen und wie wurde es gefunden? Otto Stern hat dieses Mikroskop 1923 von Frankfurt nach Hamburg und dann 1933, als er in die USA emigrieren musste, nach Pittsburgh/USA mitgenommen [8]. Als er 1945 nach Erhalt des Nobelpreises für Physik (für das Jahr 1943) emeritiert wurde, kaufte er sich in Berkeley in der Cragmont Avenue ein Haus mit wunderbarem Blick über die San Francisco Bay. 1969 nach seinem Tode fand das Mikroskop in der Garage seiner Nichte Liselotte Templeton seinen Platz. Horst Schmidt-Böcking hat nach 2005 Liselotte einige Male besucht. Beim letzten Besuch im Jahr 2009 (Liselotte hatte schon die 90 überschritten) übergab sie ihm dieses Mikroskop. Schmidt-Böcking brachte es zurück nach Frankfurt, es ist heute im Physikalischen Verein in der Robert-Mayer-Straße 2 zu besichtigen.

Der Beitrag wurde gemeinsam von Prof. Dr. Horst Schmidt-Böcking, Institut für Kernphysik, Goethe-Universität Frankfurt, und Lars Christian und PD Dr. Markus Röllig, Physikalischer Verein, Frankfurt verfasst.