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Nachgemessen und für gut befunden

Physik. - Mit dem Jahreswechsel endet auch das Jahr, das dem wohl bekanntesten Physiker gewidmet ist. "Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser" lautet das Motto der Wissenschaft, und daher fühlten US-Forscher Einsteins Theorien nochmals höchst genau auf den Zahn.

Von Frank Grotelüschen | 30.12.2005

"E=mc2 bedeutet, dass Masse und Energie im Grunde dasselbe sind. Nachdem Einstein seine berühmte Formel veröffentlicht hatte, zeigte sich am Beispiel der Atombombe, dass es möglich ist, ein bisschen Masse in eine Menge Energie umzuwandeln."

Nicht nur für uns Laien, auch für David Pritchard vom MIT, dem Massachussets Institute of Technology - MIT in Boston, ist sie die berühmteste aller Physikformeln. E=mc2 – das klingt kurz und knackig, lässt sich einfach behalten, passt als schlauer Aufdruck auf T-Shirt und Kaffeetasse. Und sowieso: Einstein war schließlich ein Genie und hatte doch eigentlich immer Recht, oder etwa nicht? Warum also die berühmteste seiner geistigen Errungenschaften erbsenzählerisch nachprüfen?

"Nun, es ist ein theoretisches Ergebnis. Und im Prinzip ist es durchaus möglich, dass Einstein einen Fehler gemacht hat. Also ist es schon wichtig, die Formel E=mc2 experimentell zu überprüfen. Denn so machen wir es immer in der Physik: Wir vergleichen das theoretische Universum in unseren Köpfen mit der realen Welt."

Für diesen Vergleich nahmen Dave Pritchard und seine Leute einen Prozess aus der Kernphysik zur Hilfe: Nimmt man ein Neutron und lagert es an einen Schwefel-32-Kern an, so verkleben beide zu Schwefel-33. Der Clou: Dieser Schwefel-33-Kern wiegt ein Quäntchen weniger als vorher das Neutron und der Schwefel-32-Kern zusammen, denn beim Verkleben wandelt sich ein wenig von der Masse in Energie um. Diese Energie wird als elektromagnetische Strahlung abgegeben – als so genannte Gamma-Strahlung. Und um herauszubekommen, ob dieser Prozess tatsächlich gemäß E=mc2 abläuft, mussten die Physiker beide Größen genauestens vermessen: die Energie E und die Masse m. Nicht gerade ein Kinderspiel, denn:

"Wir mussten die Masse auf ein Hundertmilliardstel genau messen. Das wäre so, also wollten sie die Entfernung von New York nach Frankfurt bis auf eine Haaresbreite genau ausmessen."

Um diese enorme Präzision zu schaffen, ließen Pritchard und Co. in ihrem Labor den leichten wie den schweren Schwefelkern wochenlang in einer Ionenfalle kreisen. Da die Umlaufgeschwindigkeit von der Masse abhängt, mussten sie die Umläufe abzählen. Damit war die Masse klar, also das m aus dem mc2. Fehlte noch das E – die Energie der Gammastrahlen. Das maßen Physiker vom National Institute of Standards and Technology in Boulder/Colorado mit Hilfe eines Spezialkristalls, der die Strahlen ein klein wenig ablenkte, und zwar mit ebenfalls abenteuerlicher Präzision: Die Forscher mussten den Ablenkwinkel auf ein Zehnmillionstel genau fixieren. Das Resultat der ganzen Prozedur: E=mc2 stimmt, jedenfalls bis auf eine Genauigkeit von einem Dreimillionstel – immerhin 50 Mal präziser als frühere Messungen. Und das ist schon beruhigend: Denn hätte sich herausgestellt, dass etwas nicht stimmt mit Einsteins legendärer Formel, hätte das beträchtliche Folgen gezeitigt.

"Das wäre ein fundamentaler Umsturz unserer Weltsicht. Dann wäre etwas grundlegend falsch. Dann hätte Einstein vielleicht im Prinzip Recht gehabt. Doch er hätte dann wohl irgendeinen winzigen Effekt außer Acht gelassen."

Dann würde die Formel womöglich einer Korrektur bedürfen, eines kleinen Zusatzausdrucks. Aus dem schönen, knackigen E=mc2 würde so etwas werden wie "E=mc2 + 2,37 Wurzel Pi geteilt durch m hoch 0,035". Und diese Scheußlichkeit müssten wir dann auf unsere Kaffeetassen und T-Shirts drucken. Aus Sicht der Physiker wäre es zwar spannend gewesen, wenn Pritchard und seine Leute Einstein widerlegt hätten. Das Laienvolk hingegen atmet erleichtert auf und freut sich, dass es vorerst bei der guten, alten, lieb gewonnenen Formel bleibt: E=mc2.