Von Martin Koch
19.05.2012

Gebrochene Symmetrie in der Mikrowelt

Die Physikerin Chien-Shiung Wu machte ein fundamentales Experiment - den Nobelpreis bekamen die Theoretiker

Die Geschichte der fragwürdigen Nobelpreis-Entscheidungen ist lang. Und mehrfach waren davon Frauen betroffen. Bekanntestes Beispiel ist die österreichische Physikerin Lise Meitner, die von 1934 bis 1938 zusammen mit Otto Hahn und Fritz Straßmann in Berlin Uran mit Neutronen beschoss. Diese Versuchsreihe gipfelte im Dezember 1938 in der Entdeckung der Kernspaltung. Zu jener Zeit hatte Meitner wegen ihrer jüdischen Herkunft Berlin bereits verlassen und war nach Schweden geflüchtet, wo sie 1939 die erste Deutung der Spaltungsversuche gab. Dennoch erhielt nur Hahn 1944 den Nobelpreis für Chemie.

Auch die britische Biochemikerin Rosalind Franklin ging bei der Nobelpreisvergabe leer aus, obwohl ihre DNA-Röntgenbilder maßgeblich dazu beigetragen hatten, dass James Watson und Francis Crick 1953 die Doppelhelixstruktur des Erbmoleküls enträtseln konnten. Als Watson und Crick dafür 1962 mit dem Medizin-Nobelpreis geehrt wurden, lebte Franklin nicht mehr. Sie war mit 37 Jahren an Krebs gestorben. Dennoch hätte man zumindest erwarten dürfen, dass die beiden Herren in ihrer Nobelpreisrede die Vorarbeiten ihrer Kollegin gebührend hervorheben würden. Doch dies geschah mit keinem Wort.

Jocelyn Bell hingegen erfreute sich bester Gesundheit, als ihr Chef, der britische Radioastronom Anthony Hewish, »für seine entscheidende Rolle bei der Entdeckung der Pulsare« 1974 den Physik-Nobelpreis erhielt. Pulsare sind schnell rotierende Neutronensterne, die regelmäßig wiederkehrende Signale aussenden. Solche Signale hatte Bell 1967 an einem Radioteleskop erstmals aufgefangen. Doch die junge Forscherin, die seinerzeit an ihrer Dissertation arbeitete, wurde von den Stockholmer Juroren »übersehen«.

Es gab indes noch eine weitere Frau in der Nobelpreisgeschichte, der die verdiente Ehrung versagt blieb. Die Rede ist von Chien-Shiung Wu, einer chinesischen Physikerin, deren Geburtstag sich am 31. Mai zum 100. Mal jährt. Nach dem Studium an der Nationalen Universität in Nanking siedelte Wu 1936 in die USA über und lehrte ab 1943 an der New Yorker Columbia University. Außerdem wurde sie in das geheime Manhattan-Projekt zum Bau der amerikanischen Atombombe integriert, wo sie Untersuchungen zur Isotopentrennung durchführte.

Nach dem Krieg erforschte Wu hauptsächlich den Betazerfall von Atomkernen, der durch die sogenannte schwache Wechselwirkung verursacht wird. Dieses Phänomen hatte es auch ihrem Landsmann Tsung-Dao Lee angetan, der 1956 von Wu wissen wollte, ob der Prozess der räumlichen Spiegelung den Verlauf subatomarer Reaktionen beeinflusse. Allein einen solchen Gedanken hielten die meisten Physiker damals für abwegig. Denn dass eine Vertauschung von Rechts und Links die Natur nicht nachweisbar verändert, hatte schon Gottfried Wilhelm Leibniz vermutet. Daraus folgt: Für jeden physikalischen Prozess ist der räumlich gespiegelte Vorgang ebenso möglich und faktisch von seinem Original nicht zu unterscheiden. Diese Idee fand später Eingang in die Quantenmechanik und firmiert dort als Satz von der Erhaltung der Parität.

Weil bei vielen atomaren Streu- und Zerfallsprozessen die Parität erhalten bleibt, schien es zunächst so, als gelte dies für alle Naturvorgänge. Doch zwei in den USA arbeitende chinesische Physiker hatten da ihre Zweifel: der oben erwähnte Tsung-Dao Lee und sein Kollege Chen Ning Yang. Beide entwickelten 1956 eine Theorie, derzufolge bei der schwachen Wechselwirkung die Parität verletzt wird.

Den experimentellen Beweis dafür lieferte Chien-Shiung Wu zwischen Dezember 1956 und Januar 1957. Sie verwendete dazu tief gekühlte Kobalt-60-Kerne, die sich durch Betazerfall in einen Nickelkern, ein Elektron sowie ein Anti-Elektron-Neutrino verwandeln. Der Einfachheit halber sei hier nur das Ergebnis des komplizierten Experiments mitgeteilt: Bei der genannten Zerfallsreaktion werden die Elektronen bevorzugt entgegen der Spinrichtung des Kobaltkerns emittiert. Das heißt: Sie sind überwiegend »linkshändig« orientiert, was wiederum einer Verletzung der Parität entspricht. Bei einer Erhaltung der Parität hätte Wu ebenso viele links- wie rechtshändige Elektronen messen müssen. »Gott ist doch ein schwacher Linkshänder«, witzelte daraufhin der berühmte Physiker Wolfgang Pauli, der kurz vorher noch gewettet hätte, dass in dem sogenannten Wu-Experiment die räumliche Spiegelsymmetrie gewahrt bleibt.

Bereits 1957 wurden Lee und Yang für ihre »Forschungen über die Gesetze der Parität« mit dem Physik-Nobelpreis geehrt. Und obwohl es möglich ist, pro Jahr und Fach jeweils drei Preisträger zu küren, ging Wu in Stockholm leer aus. Als Grund dafür wird zumeist die traditionelle Missachtung der experimentellen gegenüber der theoretischen Physik angegeben. So richtig überzeugend klingt das nicht, denn auch für experimentelle Leistungen (Michelson-Interferometer, Franck-Hertz-Versuch etc.) gab es zuvor die begehrte Nobel-Medaille. Vielleicht spielte es ja doch eine Rolle, dass Wu »nur« eine Frau war, der viele Herren nicht zutrauten, die Physik wirklich zu verstehen.

Das änderte sich später. In den USA wurde Chien-Shiung Wu von ihren Kollegen respektvoll als »First Lady der Physik« bezeichnet. Sie erhielt zahlreiche akademische Auszeichnungen und war mehrfache Ehrendoktorin. 1973 schaffte sie sogar als erste Frau den Sprung an die Spitze der American Physical Society. Sie starb am 16. Februar 1997 mit 84 Jahren in Manhattan.