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Jerome I. Friedman wird 90 : Entdecker der Quarks

Die Nobelpreisträger Eric Maskin (Wirtschaft, 2007) und Jerome Friedman (rechts im Bild) als Juroren bei der Ig-Nobelpreisverleihung an der Harvard University, am 12. September 2019. Bild: dpa

Ob Protonen und Neutronen elementar sind oder aus fundamentaleren Teilchen bestehen, war lange umstritten. Das klärte sich erst, als Jerome Isaac Friedman, Henry Kendall und Richard Taylor in einem bahnbrechenden Experiment die Quarks aufspürten. Heute feiert Friedman seien neunzigsten Geburtstag.

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          Woraus besteht die Materie? Schon die Philosophen der Antike interessierte diese Frage. Demokrit sprach erstmals von den Atomen als unzerstörbaren Grundbausteinen. Lange versuchte man, die Natur mit Hilfe unteilbarer und unendlich harter Kügelchen zu erklären, die von Kräften wie mit Spiralfedern zusammengehalten werden. Doch erst mit dem Aufkommen der modernen Physik Anfang des vergangenen Jahrhunderts und neuen experimentellen Möglichkeiten konnten die Forscher immer tiefer in die Struktur der Materie blicken. Dabei entdeckten sie immer kleinere Bausteine – von den Molekülen und Atomen bis zu den Atomkernen, die ihrerseits aus Protonen und Neutronen bestehen.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Lange rätselten die Physiker, ob diese Protonen und Neutronen tatsächlich elementare Teilchen sind oder ob sie sich nicht doch aus fundamentaleren Partikeln zusammensetzen. Das klärte sich erst Ende der sechziger Jahre, als Jerome Isaac Friedman mit seinen beiden Kollegen Henry Kendall und Richard Taylor in einem bahnbrechenden Experiment die Quarks aufspürten, die bis dahin nur ein theoretisches und sehr umstrittenes Konstrukt waren.

          Selbst Heisenberg wollte bis dahin nicht glauben, dass die Bausteine der Atomkerne eine Unterstruktur besitzen sollten, wie es der Theoretiker Murray Gell-Mann 1964 postuliert hatte. Gell-Mann hatte, um Ordnung in den damals unübersichtlichen Teilchenzoo zu bekommen, die Hypothese aufgestellt, dass Proton und Neutron aus je drei Teilchen zusammengesetzt seien. Diese Quarks sollten recht ungewöhnliche Eigenschaften haben. Ihre Ladung sollte nur ein Drittel oder zwei Drittel der des Elektrons betragen. Sie sollten sich zudem nur als Zweier- oder Dreierbund beobachten lassen.

          Protonen haben eine Unterstruktur

          Friedman, 1930 in Chicago geboren, interessierte sich bereits als Jugendlicher sehr für die Physik. Er verfolgte die Debatte um Gell-Manns Quark-Modell. Ende der fünfziger Jahre lernte er an der kalifornischen Stanford University Kendall und Taylor kennen. Alle drei waren Kernphysiker und von der Idee beseelt, den ominösen Quarks auf den Grund zu gehen. Mit dem drei Kilometer langen Elektronenbeschleuniger Slac in Stanford stand ihnen für ihr Vorhaben das richtige Instrument zur Verfügung.

          Die drei Forscher schossen mit energiereichen Elektronen auf Protonen. Die Winkel, um welche die Teilchen gestreut wurden, lieferten den entscheidenden Hinweis für eine Unterstruktur des Protons. Die Quarks waren entdeckt, aus einer vagen Hypothese war Gewissheit geworden. Doch Friedman und seine Kollegen mussten bis 1990 auf den Nobelpreis warten.

          Gell-Manns Quark-Modell ist dank leistungsfähiger Teilchenbeschleuniger immer weiter verfeinert worden. Heute kennt man insgesamt sechs Quarks, die sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen in drei Familien gliedern lassen. Das letzte und schwerste Quark – das Top-Quark – wurde 1996 entdeckt. Dass das Quark-Modell zu einem wesentlichen Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik werden konnte, ist nicht zuletzt Jerome Friedman zu verdanken. Der Physiker, der bis zu seiner Emeritierung im Jahr 2000 am MIT in Cambridge forschte, feiert heute seinen neunzigsten Geburtstag.

           

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