Wolfgang Pauli pp 105-144 | Cite as

Das Jahr 1932 Die Entdeckung des Neutrons

Part of the Sources in the History of Mathematics and Physical Sciences book series (SOURCES, volume 6)

Auszug

Am 31. Dezember 1931 hielt Rutherford eine Ansprache in Göttingen, in der er nochmals die bisherigen Erfolge in der Kernphysik zusammenfaßte. Für diese war das Jahr 1932 mit glänzenden Erfolgen gekrönt — ganz im Kontrast zu der allgemeinen wirtschaftlichen Misere und politischen Unruhe dieser Zeit. Zum Jahreswechsel hatte Harold Clayton Urey und seine Mitarbeiter die Entdeckung eines Wasserstoffisotops — des Deuterons — bekanntgegeben.1 Die Theorie wurde dadurch durch einen weiteren Baustein — neben Proton, α-Teilchen und Kernelektron — bereichert.

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Literatur

  1. 1.
    H.C. Urey, F.G. Brickwedde und G.M. Murphy: A hydrogen isotope of mass two and its concentration. Phys. Rev. 40, 1 (1932). Siehe auch den zusammenfassenden Bericht von H.C. Urey und G.K. Teal: The Hydrogen isotope of atomic weight two. Rev. Mod. Phys. 7, 34–94 (1935). Während Urey und seine Mitarbeiter einen spektroskopischen Nachweis des neuen Isotopen erbrachten, konnten H. Kallmann und W. Lasareff kurz darauf denselben mit dem Massenspektrographen ausfindig machen. (Vgl. Naturwiss. 20, 472 (1932).)CrossRefADSGoogle Scholar
  2. 2.
    W. Bothe und H. Becker: Eine Kern-γ-Strahlung bei leichten Elementen. Naturwiss. 18, 705 (1930). Signiert Berlin-Charlottenburg. Physikalisch-Technische Reichsanstalt, den 30. Juni 1930. —: Künstliche Erzeugung von Kern-γ-Strahlen. Z. Phys. 66, 289–306 (1930). Eingegangen am 23. Oktober 1930. — Die Entdeckungsgeschichte des Neutrons wurde ausführlich von Chadwicks ehemaligem Mitarbeiter N. Feather in Contemp. Phys. 6, 565–572 (1974) geschildert.CrossRefADSGoogle Scholar
  3. 3.
    W. Bothe: α-Strahlen, künstliche Kernumwandlung und Anregung, Isotope. —: Bemerkungen über die Ultra-Korpuskularstrahlung. Convengo di Fisica Nucleare. Roma 1932. Dort S. 83–106 und 153–154.Google Scholar
  4. 4.
    I. Curie und F. Joliot: Emission de protons de grande vitesse par les substances hydrogénées sous l’influence des rayons γ très pénétrants. C.R. Acad. Sci. Paris 194, 273–275 (1932).Google Scholar
  5. 5.
    J. Chadwick: Possible Existence of a Neutron. Nature 129, 312 (1932). —: The Existence of a Neutron. Proc. Roy. Soc. A 136, 692–708 (1932). Eingegangen am 10. Mai 1932.CrossRefADSGoogle Scholar
  6. 6.
    Diese Erkenntnis setzte sich jedoch erst allmählich durch. In ihrem Referat über die Bunsentagung in Münster vom 16. bis 19. März 1932, welche der Radioaktivität gewidmet war, zählen z.B. O. Erbacher und K. Philipp die Elektronen noch zu den Kernbausteinen. Vgl. Naturwiss. 20, 586–589 (1932). Anfangs stellte man sich auch das Neutron als ein aus Proton und Elektron zusammengesetztes Gebilde vor. Schnell dagegen erkannte man die Bedeutung der neuen Entdeckung in München. Bereits am 24. Juni referierten Sommerfeld und Bethe „über das Neutron“ im Münchener Kolloquium und am 15. Juli trug Bethe daselbst über den „Aufbau der Kerne aus Neutronen und Protonen (nach einer im Druck befindlichen Arbeit von Heisenberg)“ vor.Google Scholar
  7. 7.
    G. Gamow: Constitution of atomic nuclei and radioactivity. Oxford 1931. Das kurz zuvor erschienene Werk von E. Rutherford, J. Chadwick und C.D. Ellis: „Radiations from Radioactive Substances“, Cambridge 1930 erfaßte — wie auch alle vorhergehenden Darstellungen — im wesentlichen nur die radioaktiven Erscheinungen.Google Scholar
  8. 8.
    G. Gamow: Der Bau des Atomkerns und die Radioaktivität. Ins Deutsche übertragen von C. und F. Houtermans. S. Hirzel: Leipzig 1932. Außer Paulis Besprechung in den Naturwissenschaften erschien eine Besprechung von G. Beck in der Physikalischen Zeitschrift 33, 144 (1932). Beck weist dort insbesondere auf die unzulängliche Behandlung der Berylliumstrahlung im vierten Kapitel von Gamows Buch hin.Google Scholar
  9. a).
    Mit UX bezeichnete man seit W. Crookes die verschiedenen β-strahlenden Bestandteile eines Uranpräparates. Siehe z.B. M. Levin: Die Strahlung des Uran-X. Physik. Z. 8, 585–589 (1907). — 1913 konnte auch der nur in kleinen Mengen beigemischte Anteil UX2, das sogenannte „Ekatantal“ chemisch abgetrennt werden. Wie sich später herausstellte, handelte es sich um ein Isotop des Protaktiniums. Die Zerfallsenergien solch langlebiger Präparate ließ sich nur ungenau angeben, weil man nicht über genügend große Substanzmengen verfügte. Gamow hatte in seiner Tabelle für UXII einen veralteten Wert der Zerfallsenergie angegeben. Vgl. L. Meitner: Das β-Strahlenspektrum von UX1 und seine Deutung. Z. Phys. 17, 54–66 (1923).Google Scholar
  10. c).
    Pauli spielte auf Lise Meitners zahlreiche Besprechungen an. So hatte sie z.B. auch das (in der Anm. 7 erwähnte) fundamentale Werk von Rutherford und Mitarbeitern äußerst lobend in Naturwiss. 19, 660–661 (1931) besprochen.Google Scholar
  11. 1.
    Vgl. Einsteins Schreiben an Maurice Solovine vom 4. März 1930. Abgedruckt in Albert Einstein. Lettres à Maurice Solovine. Gauthier-Villars: Paris 1956.MATHGoogle Scholar
  12. 2.
    Die unüberwindlichen Schwierigkeiten für Mayer in Berlin eine gesicherte Anstellung zu schaffen, waren offenbar der Grund, weshalb Einstein schon im Jahre 1932 eine halbe Stelle in Princeton übernahm, die dann nach den Ereignissen in Deutschland im Frühjahr 1933 in eine Lebensstellung für ihn umgewandelt wurde. Vgl. hierzu H.J. Treder: Albert Einstein an der Berliner Akademie der Wissenschaften. In: Albert Einstein in Berlin 1913–1933. Akademieverlag: Berlin 1979. Dort S. 7–78.Google Scholar
  13. 3.
    A. Einstein und W. Mayer: Einheitliche Theorie von Gravitation und Elektrizität. Sitzungsberichte der Preußischen Akademie der Wissenschaften 25, 541–557 (1931). Vorgelegt am 22. Oktober 1931. Ausgegeben am 2. Dezember 1931. — Einen Vorbereicht über Einsteins neuesten Arbeiten hatte Cornel Lanczos für die Zeitschrift Forschungen und Fortschritte 5, 220–222 (1929) unter dem Titel: Einsteins neue Feldtheorie geliefert.Google Scholar
  14. 4.
    Zitiert nach Paulis Besprechung des neuesten Bandes der Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften (1932c). — Frühere Äußerungen über Einsteins neue Theorien findet man z.B. in Paulis Brief [237].Google Scholar
  15. a).
    Diese Verallgemeinerung ihrer Theorie „mit einer singularitätsfreien Beschreibung des Gesamtfeldes, also auch des Feldes im Inneren der Korpuskeln“, legten Einstein und Mayer in einer zweiten Abhandlung (Sitzungsberichte 26, 130–137 (1932) am 14. April 1932 der Preußischen Akademie der Wissenschaften vor.Google Scholar
  16. 1.
    Siehe Ch.P. Enz: Pauli and the Development of Quantum Theory. Einführung in die neue englische Übersetzung von Paulis Wellenmechanik [1933] durch P. Achuthan und K. Venkatesan. Springer-Verlag: Berlin, Heidelberg, New York 1980. Dort S. III.Google Scholar
  17. 3.
    Zum Wintersemester sollten offenbar schon die Druckfahnen zur Korrektur vorliegen. In einem Schreiben aus Dahlem vom 24. Juni 1932 an Ehrenfest berichtete Casimir, daß eine seiner Haupttätigkeiten bei Pauli im Korrigieren des Handbuchartikels bestehen würde, wie er ihm jetzt mitgeteilt habe. Eine Besprechung des Werkes erfolgte durch P. Jordan in seinem Aufsatz: Die Entwicklung der Quantentheorie. Naturwiss. 20, 879–882 (1933).Google Scholar
  18. b).
    Wahrscheinlich diskutierte Pauli diese Fragen auch schon seit längerem mit Heisenberg, welcher in der Sitzung der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig vom 19. Januar 1931 eine Untersuchung „Über Energieschwankungen in einem Strahlungsfeld“ vorgelegt hatte. Sitzungsberichte 83, 3–9 (1931). In dem Handbuchartikel [1933] weist Pauli auf S. 198 auf das Problem der Energiemessung eines Strahlungshohlraumes hin.Google Scholar
  19. 1.
    W.M. Elsasser: Memoirs of a Physicist in the Atomic Age. New York, Bristol 1978. Dort S. 315f.Google Scholar
  20. 3.
    O. Heckmann: Über die Metrik des sich ausdehnenden Universums. Nachr. von der Ges. Wiss. zu Göttingen. Math.-phys. Klasse 1931, S. 126–130.Google Scholar
  21. a).
    A. Friedmann: Über die Möglichkeit einer Welt mit konstanter negativer Krümmung des Raumes. Z. Phys. 21, 326–332 (1924).CrossRefMathSciNetADSGoogle Scholar
  22. b).
    W. de Sitter: On the relativity of inertia. Remarks concerning Einstein’s latest hypothesis. Proc. Akad. Wet. Amsterdam 19, 1217–1225 (1917). —: On the curvature of space. Proc. Akad. Wet. Amsterdam 20, 229–243 (1917). —: On Einstein’s theory of gravitation and its astronomical consequences. Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 78, 3–28 (1917). Vgl. auch die Anmerkungen zu [7].Google Scholar
  23. c).
    Vgl. hierzu das früher auch von Pauli besprochene Werk A.S. Eddington: Relativitätstheorie in mathematischer Betrachtung. Berlin 1925. (Die ursprüngliche englische Fassung war unter dem Titel: Mathematical Theory of Relativity, Cambridge 1923, erschienen.) Dort behandelte Eddington im 5. Kapitel eingehend de Sitters sphärische und Einsteins zylindrische Welt. Im Anschluß daran entwickelte er eigene Vorstellungen Über eine homogen mit Materie gefüllte Kugel, die sofort von Laues Kritik hervorriefen (vgl. Naturwiss. 11, 382–284 (1923)). Auch in den folgenden Jahren hat Eddington zahlreiche weiterführende kosmologische Überlegungen angestellt.Google Scholar
  24. d).
    Friedmann hatte zuvor eine weitere Untersuchung Über diesen Gegenstand publiziert, die ebenso wie die unter a) genannte Arbeit bis 1927 unbeachtet geblieben war. Vgl. A. Friedmann: Über die Krümmung des Raumes. Z. Phys. 10, 377–386 (1922).CrossRefADSGoogle Scholar
  25. e).
    G. Lemaître: Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant, rendant compte de la vitesse radiale de nebuleuses extragalactiques. Ann. Soc. Sci. Brux. A 47, 49–59 (1927).Google Scholar
  26. f).
    De Sitter hatte sich auch in den folgenden Jahren mit dem Problem einer expandierenden Welt auseinandergesetzt, ohne dabei auf Friedmanns Arbeiten einzugehen. Eine ausführliche Literaturübersicht über die im Rahmen der allgemeinen Relativitätstheorie bis 1932 diskutierten nichtstatischen Weltmodelle findet man bei H.P. Robertson: Relativistic cosmology. Rev. Mod. Phys. 5, 62–90 (1933).CrossRefMATHADSGoogle Scholar
  27. 3.
    Casimir erwähnt seinen Aufenthalt bei Lise Meitner in seinem Festvortrag zur Feier der 100. Geburtstage von Albert Einstein, Otto Hahn, Lise Meitner und Max von Laue am 1. März 1979 in Berlin. Abgedruckt in Phys. Bl. 35, 291–299 (1979).Google Scholar
  28. 4.
    Einen Bericht lieferten O. Erbacher und K. Philipp in Naturwiss. 20, 586–589 (1932).CrossRefADSGoogle Scholar
  29. a).
    Pauli interessierte sich auch weiterhin für dieses Problem, wie aus dem Schreiben [314] an Heisenberg hervorgeht. Die Theorie der Streuung von Neutronen an Protonen wurde bald darauf von Wigner und Wick entwickelt. Vgl. E.P. Wigner: Über die Streuung von Neutronen an Protonen. Z. Phys. 83, 253–258 (1933). Eingegangen am 17. März 1933. — G.C. Wick: Über die Wechselwirkung Zwischen Neutronen und Protonen. Eingegangen am 23. Juni 1933. Z. Phys. 84, 799–800 (1933). — Damit übereinstimmende experimentelle Ergebnisse hatten Lise Meitner und Kurt Philipp zum Jahresende in einem Beitrag zur Festschrift zu Arnold Berliners 70. Geburtstag vorgelegt. Vgl. L. Meitner und K. Philipp: Über die Wechselwirkung zwischen Neutronen und Atomkernen. Naturwiss. 20, 929–932 (1932).CrossRefMATHADSGoogle Scholar
  30. b).
    Vgl. P.A.M. Dirac: Relativistic Quantum Mechanics. Proc. Roy. Soc. A 136, 453–464 (1932). Siehe hierzu auch die Bemerkungen zum folgenden Brief [292].CrossRefMATHADSGoogle Scholar
  31. 1.
    Diesen Nachweis lieferte u.a. Dirac gemeinsam mit dem russischen Physiker Vladimir Fock und Einsteins späterem Mitarbeiter Boris Podolsky, der inzwischen von einem Gastaufenthalt in Leipzig nach Pasadena zurückgekehrt war. Vgl. P.A.M. Dirac, V.A. Fock und B. Podolsky: On Quantum Electrodynamics. Physik. Z. der Sowjetunion 2, 468–479 (1932). Eingegangen am 25. Oktober 1932. Siehe hierzu auch [297] und [298].MATHGoogle Scholar
  32. 2.
    P.A.M. Dirac: Relativistic Quantum Mechanics. Proc. Roy. Soc. A 136, 453–464 (1932). Eingegangen am 24. März 1932. Vgl. hierzu auch Paulis Bemerkungen in [291].CrossRefMATHADSGoogle Scholar
  33. 3.
    L. Rosenfeld: Über eine mögliche Fassung des Diracschen Programms zur Quantenelektrodynamik und deren formalen Zusammenhang mit der Heisenberg-Paulischen Theorie. Z. Phys. 76, 729–734 (1932). Eingegangen am 21. Mai 1932.CrossRefMATHADSGoogle Scholar
  34. c).
    W. Heisenberg und W. Pauli (1930).Google Scholar
  35. d).
    Fermi hatte seine Methode bereits im Frühjahr 1929 in den Rendiconti della R. Accademia Nazionale dei Lincei 9, 881–887 (1929) publiziert. Pauli besaß einen Sonderdruck dieser Erstpublikation. In den Aufzeichnungen, die er sich dazu machte, vermerkte er, daß bei Fermi die „Frage der relativistischen Invarianz der kanonischen Vertauschungsrelationen nicht berührt“ wird und daß sie außerdem die Angelegenheit der „Eichinvarianz verdunkelt“. Allgemein bekannt wurde Fermis Darstellung jedoch erst durch den Abdruck seiner im Sommer 1930 in Michigan gehaltenen Vorträge Über Quantentheorie der Strahlung im Januarheft des Rev. Mod. Phys. 4, 87–132 (1932).Google Scholar
  36. 1.
    Dieses Manuskript befand sich unter den Dokumenten, die Dirac zur Verfilmung für die Quellensammlung zur Geschichte der Quantentheorie zur Verfügung stellte. Vgl. T.S. Kuhn, J.L. Heilbron, P. Forman und L. Allen: Sources for History of Quantum Physics. Philadelphia 1967. Dort S. 123.Google Scholar
  37. 1.
    Vgl. hierzu H.A. Kramers: Physiker als Stilisten. Naturwiss. 23, 297–301 (1935). — G.E. Uhlenbeck: Reminiscends of Professor Paul Ehrenfest. Amer. J. Phys. 24, 431–433 (1956).CrossRefADSGoogle Scholar
  38. 5.
    P. Ehrenfest: Einige die Quantenmechanik betreffende Erkundigungsfragen. Z. Phys. 78, 555–559 (1932).CrossRefMATHADSGoogle Scholar
  39. c).
    Im Abschnitt C bemängelte Ehrenfest das Fehlen einer kurzen und einfachen Darstellung des Spinorenkalküls. Er meinte, ein solches Werk könnte die Handhabung der neuen Theorien wesentlich erleichtern, so wie einst die vereinfachte Darstellung der Tensoren durch Voigt und Einstein den Physikern die Scheu vor dem Umgang mit ihnen genommen habe. Eine systematische „Spinortheorie“ wurde von van der Waerden entwikkelt und 1929 in den Nachrichten der Gesellschaft der Wissenschaften in Göttingen veröffentlicht. Mit den Anwendungen hatten sich O. Laporte und G. Uhlenbeck befaßt: Application of spinor analysis to the Maxwell und Dirac equations. Phys. Rev. 37, 1380–1397 (1931). In seiner Wellenmechanik [1933] wies Pauli (auf S. 226) auf die nur begrenzte Zweckmäßigkeit eines solchen Spinorkalküls hin.* Im Ehrenfest-Nachlaß in Leiden befindet sich ein fragmentarischer Entwurf über Spinoren aus dem Jahre 1933. (Siehe Catalogue of the Paul Ehrenfest Archive at the Museum Boerhaave Leiden. Compiled by Bruce Wheaton. Leiden 1977. Dort ESC:3/248.)CrossRefMATHADSGoogle Scholar
  40. *.
    Eine neuere Darstellung über die Anwendungen in der Elementarteilchenphysik finden wir bei F. Cap: Spinorrechnung und ihre Anwendung in der Theorie der Elementarteilchen. Fortschritte der Physik 2, 207–231 (1955).CrossRefGoogle Scholar
  41. b).
    Wahrscheinlich hatte Dirac in seinem Brief seine neuesten gemeinsamen Untersuchungen mit Fock und Podolsky erwähnt, in denen individuelle Zeiten für jedes Teilchen eingeführt werden. Vgl. P.A.M. Dirac, V.A. Fock und B. Podolsky: On Quantum Electrodynamics. Physik. Z. der Sowjetunion 2, 468–479 (1932). Eingegangen am 25. Oktober 1932. In seinen Briefen [311] und [318] an Heisenberg äußerte sich Pauli sehr lobend über diese Arbeit. Vgl. hierzu auch [306].MATHGoogle Scholar

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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1985

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