Meine Damen und Herren, Herr Kollege Mecke hatte mich mit seinen Telefonanrufen etwas in Verlegenheit gebracht, weil ich jetzt in die schwierige Situation kam, auf Abruf einen Vortrag zu präparieren

für ein Auditorium, vor dem ich zu sprechen nicht gewohnt bin. Es war mir nicht möglich in der kurzen Zeit noch einen vernünftigen Bericht aus meinem eigensten Arbeitsgebiet zu geben

und es blieb mir nichts anderes übrig als von Herrn Mecke die Erlaubnis zu erbitten, dass ich in die Schublade griff und einem wesentlichen meinen Vortrag basieren möchte auf ein Manuskript eines Referats, das ich vor einigen Wochen vor Anlässlich der Jahresfeier der Heidelberger Akademie gehalten habe.

Ich muss also deshalb dem Hörerkreis damals die anwesenden Physiker um Nachsicht bitten,

wenn ich gar so viel triviale Dinge erzähle. Damals hätte ich auch gedacht, es sei nützlicher, nicht so sehr auf die letzten, in den letzten Jahren gewonnenen neuen Fakten und Einsichten aus der Welt der Elementarteilchen einzugehen,

sondern ein bisschen die Besinnung pflegen, wie eigentlich diese Begriffsbildung zustande gekommen ist. Und ich glaube, darin liegt ein besonders eindrucksvolles Beispiel, wie sehr alle unsere Begriffsbildung in der Physik ständig, nicht nur die Begriffsbildung,

sondern sogar auch unsere Denkweisen an der Erfahrung korrigiert werden müssen und an der Erfahrung angepasst werden müssen und wie wenig Apriorisches in unserer heutigen Naturbeschreibung verblieben ist.

Ich hatte das Thema gewählt Bedeutungswandel des Begriffselementarteilchen und dieser Bedeutungswandel wird verursacht durch einen allgemeinen Gebrauch in der Entwicklung des physikalischen Begriffsystems, zwar über kommenden Namen und Worte beizubehalten,

diesen aber meist einen veränderten, vor allem präzisierteren Sinn beizulegen und alle diese so benutzten Begriffe möglichst von unterschwelligen Assoziationen zu befreien. Naturgemäß musste ich bei dieser Diskussion einen größeren Teil des Vortrags

etwas historischen Betrachtungen einräumen, allerdings muss ich mir aus vielen Gründen versagen, auf die Entstehung der Begriffe Element und Teilchen im antiken Denken einzugehen, schon der Zeithalber, leider aber auch, weil ich nicht das große Glück hatte,

die Schulung eines humanistischen Gymnasiums zu erfahren und deshalb in all meinen Bemühungen in die Denkweise der Antike einzudringen, doch ein Dilettant geblieben bin. Der Begriff des Teilchens oder des Atoms ist wohl ja aus Überlegungen entstanden, die durch sehr einfache Beobachtungen nahegelegt wurden,

nämlich bei der Teilung komplizierterer Strukturen, zum Beispiel im Zerlegen einer Frucht oder eines Opfertierses, gelangt man zu Teilen, die wesentlich voneinander und vom Ganzen verschieden sind. Wenn man dagegen einen Quecksilbertropfen zerspringen lässt, den kleinere Trappieren, so sind allem Anschein nach diese Trappien,

abgesehen von ihrer Größe, dem Ausgangstropfen völlig gleich. Es war eine naheliegende Frage, ob man in solchen Fällen den Teilungsprozess immer weiter fortsetzen könnte und immer wieder zu gleichaltigen Teilchen könne oder ob diesem Teilungsprozess durch kleinste, nicht weiter teilbare Teilchen,

die Atom-Moi eine Grenze gesetzt sei. In der antiken Welt war natürlich die Experimentierkunst und auch wohl die Fragestellung nicht weit genug entwickelt, um solche Fragen durch tätiges Nachprüfen zu entscheiden. Es war der zweiten Hälfte des vorigen Jahrhunderts vorbehalten,

hierauf zuerst gegenständliche Antworten zu geben, Verfahren zu entwickeln, die Atome zu zählen und vor allen Dingen der ersten Hälfte unseres Jahrhunderts auf ihre Durchmesser zu bestimmen. Vielleicht ist doch aber nützlich hinzuweisen, dass die Atomvorstellung in der antiken Welt Anlass zu sehr merkwürdigen Spekulationen gab.

Nämlich, wenn die Materie aus Atomen aufgebaut sein soll, so müssten diese durch den leeren Raum getrennt sein. Diese Frage des Lehren hat dann die ganze Antike immer wieder beschäftigt.

Nämlich, wie sollte dies Leere, das reine Nichts oder das Nichtsseiende existieren? Das heißt, für unsere uns umgebende Welt bedeutsam sein können. Wir werden später sehen, wie die heutige Physik zu diesem Dilemma, wenn man es als solches ansprechen will, etwas sehr Wesentliches und Konkretes

und sehr Unerwartetes zu sagen gelernt hat. Noch weniger kann ich eingehen auf die Entwicklung, die zu dem heutigen Begriff des chemischen Elements geführt hat. In der heutigen Vorstellung von Elementarteilchen hat sich der Sinn des Begriffs Elementar, wohl in gewisser Hinsicht,

antiken Gedankengängen wieder genähert. Auch darauf werde ich zurückkommen. Ein mir, wie mir scheint, ganz fundamentaler, wichtiger Schritt zur Präzisierung der Atomvorstellung im physikalischen Bild von der Materie geschah im Zeitalter Isaac Newtons.

Und ich möchte Sie bitten, mir zu erlauben, dass ich Ihnen einige Sätze vorlese aus der im Jahre 1704 erschienenen Optics. Das ist eins der wenigen Werke, das er in englischer Sprache verfasst hat. Und in dem Anfang dieses Werks, Queries genannt, diskutiert Newton zunächst

auf etwa 60 Seiten eine ganz große Zahl verschiedener Phänomene, die wir alle heute in die physikalische Chemie rechnen würden. Und dann fasst er seine Ergebnisse in ein paar Sätzen zusammen, die ich, ja, soll ich sie englisch vorlesen oder? Ich kann es vielleicht zunächst in abgekürzter Übersetzung

als zunächst ins Deutsche sagen. Also er diskutiert all diese Tatsachen und fährt fort. Im Hinblick auf all diese Tatsachen scheint es mir, dass Gott im Anfang die Materie als massive, undurchdringliche, aber bewegliche Teilchen schuf,

als am besten seinen Absichten entsprechend, und dass diese Urteilchen unvergleichlich härter sind als alle aus ihnen ausgebauten Körper, so hart, dass sie niemals verschleißen können, to wear, oder in Stücke brechen,

und dass keine gemöhnliche Macht imstande ist, das zu teilen, was Gott im Anfang als eines schuf. No ordinary power being able to divide what God made one in the first creation. Damit die Natur beständig sei,

sind alle Änderungen in der Körperwelt nur auf die wechselnden Trennungen, neuen Zusammenballungen und Bewegungen dieser beständigen Urteilchen zurückzuführen. Das sind bis dahin noch im Wesentlichen aus der Antike übernommene Vorstellungen. Aber dann spricht der große Entdecker der Himmelsmechanik und des Gravitationsgesetzes.

It seems to me, Father, that these particles have not only a vis in usher, accompanied with such passive laws of motion as natural result from that force, but that they are moved by certain active principles.

Das ist die damalige Bezeichnung für Kräfte. Und dann kommt der wichtige Satz, these principles I consider as general laws of nature. Und zur Erläuterung betont er dann seinen Gegensatz zu konventionellen Auffassungen seines Zeitalters,

die noch die durch Scholastik und Renaissance übernommenen und weitergereichten Vorstellungen der verborgenen Qualitäten benutzen. Verborgene occult qualities

incapable of being discovered. But to be, reine Zeitgenossen, supposed these qualities to lie hid in the bodies and to be the unknown causes of manifest effects incapable of being discovered. Und dann fährt Newton fort.

To tell us that every species of things is endowed with an occult specific quality by which it acts and produces manifest effects is to tell us nothing. But to derive two or three general principles of motion from the phenomena afterwards

to tell us how the properties and action of all corporal things follows from these manifest principles would be a very great step in philosophy. Mit diesen Sätzen hat Newton ganz im Sinne seiner Himmelsmechanik ein Programm formuliert, dem die physikalische Forschung in den folgenden Jahrhunderten

systematisch nachgegangen ist, nämlich wie zwischen den mit Masse, das heißt drehkeitbehafteten Himmelskörpern, die Gravitationskräfte wirken, so sollen auch Newton's nasty particles nicht etwa mit spezifischen occulten, unerforschlichen Qualitäten begabt sein, die die Vielfalt ihres Verhaltens verursachen,

sondern zwischen ihnen sollen universelle erforschbare Kräfte wirken, die ihre Bewegung und den Zusammenhalt determinieren. Dem Aufsuchen dieser Gesetze galt die physikalische Erforschung der Materie in der Folgezeit. Schon Newton schloss aus vielen von den anfangs diskutierten Phänomenen, dass die

Kräfte zwischen den Atomen bei kleiner Entfernung viel stärker sein müssen als die Gravitationskräfte, aber mit zunehmendem Abstand rasch abfallen. Nun, in diesem Bild von der Materie liegt ein Dualismus zugrunde, der auch für die Newtonische Himmelsmechanik charakteristisch ist. Wir haben einerseits die mit Masse behafteten Atome,

andererseits die zwischen ihnen durch den leeren Raum wirkenden Kräfte, welche die Bewegung der Atome bestimmen, und damit einen merkwürdigen Dualismus, der im vorigen Jahrhundert durch Schlagworte wie Kraft und Stoff, das ja auch in der nichtwissenschaftlichen Literatur viel diskutiert wurde. Dieser Dualismus

wurde aufgelöst in sehr unerwarteter Weise gegen die Jahrhundertwende, einerseits durch Faradies Feldbegriff und dann später der Born-Heisenberg-Borschen-Konzeption der komplementären Naturbeschreibung.

Obwohl bereits von diesen Dingen die Rede war heute, und auch aus viel berufenerem Munde Sie morgen davon hören werden, müsste ich doch wohl ganz kurz auf ein paar Punkte eingehen. Erst in unserem Jahrhundert wurde sichergestellt, dass die von Newton vermuteten zwischen den Atomen wirkenden Kräfte

ausschließlich auf die elektromagnetischen Erscheinungen zurückgeführt werden können und dementsprechend wir anknüpfen müssen an die Begriffsbildung, die sich an die Experimentierkunst und dem Genie Faradies und Maxwell anknüpften. Nämlich

ist die Faradiesche Konzeption des Kraftfeldes die wohl eine der zukunftsträchtigsten Begriffsbildung der Physik waren. Erst zum Beginn des Jahrhunderts, glaube ich, hat sie sich auf dem Kontinent überhaupt durchgesetzt, während der Begriff der Fernwirkung noch lange unter der Autorität von

Neumann und Gauss dominiert hat. Der Grundgedanke ist, wie Sie alle wissen, dass eine elektrische Ladung auf eine andere nicht durch den leeren Raum wirkt, sondern dass die Wirkung durch ein Agens vermittelt wird, das zwar nicht im überkommenen Sinne materiell ist, nämlich

jede Ladung ist als Quelle eines elektrischen Kraftfeldes aufzufassen, dass den Raum durchflutet und wieder durch eine andere Ladung in seiner Kraftwirkung wahrgenommen werden kann, aber dabei soll das Feld den Raum realiter erfüllen und vorhanden sein, auch dann, wenn seine Anwesenheit nicht gerade durch eine andere Ladung aufgewiesen wird.

Der wichtigste Ergebnis der experimentellen Untersuchung war, dass wenn man dann eine Quelle eines solchen Feldes durch den Raum bewegt, und zwar beschleunigt bewegt, dass dann sogar diese Felder sich von ihren Quellen ablösen können, durch den Raum wandern und dabei,

bei einem Studium dieser Bewegung war Ferner festgestellt, dass Änderungen der elektrischen Felder mit Änderungen magnetischer Felder am gleichen Ort verknüpft sind und vice versa. Nun aber diese Aussage, dass diese Felder realiter vorhanden sind, bekommt jetzt einen Sinn durch die Aufweisung neuer nachprüfbarer physikalischer Konsequenzen. Diese Konsequenzen ergaben

sich in der Feststellung, dass die kontinuierlich im Raum verteilten Felder zugleich Träger von Energie und Impuls sind, Eigenschaften, die man bis in die Jahrhundertwende nur materiellen Teilchen zuzuschreiben gewohnt war. Und wie Sie wissen, sind alle diese Konsequenzen durch die Entdeckung von Heinrich Hertz und alles, was sich daran

anschloss, nachgewiesen worden. So hat sich wirklich durch experimentelle Erfahrungen der von den Alten so viel besprochene Gegensatz des vollen Tocleres und des leeren Toccanon in das Bild vom überall im Raum vorhandenen,

zwar nicht mit materiellen, aber doch realen Feldern und irgendeiner themaren Materie verhafteten Quellen aufgelöst. Aber, wie Sie auch alle wissen, und wie wir auch morgen wieder hören werden, erfuhr dieses Bild eine weitere durch Max Plaque eingeleitete tiefe Wandlung.

Denn die subtileren Experimente ergaben, dass die als Wellen durch den Raum wandernden elektromagnetischen Felder doch den Energie- und Impulstransport bei gewissen Experimenten in quantenhafter Weise vollziehen und dass die Felder zugleich Züge zeigten, die man sonst ganz im corpuscularen Bilde zu beschreiben gewohnt war.

Nun, dieser Konflikt wurde lange als quälendes Paradoxon empfunden, bis wir von den genannten Forschern lernten, diese Begriffsbildung der Erfahrungswelt vielleicht besser anzupassen, in dem Sinne, dass beide, die Vorstellung von Corpuskeln oder von raumerfüllendem

Feldkontinuum, jedes für sich nicht geeignet sind, das Naturgeschehen bis ins kleinste zu beschreiben. Sie sind beide notwendig, beide brauchbar, in dem Sinn, dass sie sich wechselseitig begrenzende, aber auch ergänzende Begriffe in einer geschlossenen Darstellung der Phänomene zusammenwachsen.

Dafür prägte Bohr eben den Namen komplementärer Naturbeschreibung. Sie wissen, dass seither auch umgekehrt nicht nur die elektromagnetischen Felder, Corpuscleigenschaften zeigen, sondern dass auch das, was wir zunächst als Corpuskeln zu beschreiben gewohnt waren, zum Beispiel die Elektronen, eben

auch inhärente Feldeigenschaften haben. Morgen werden Sie mehr davon hören und ich darf mich auf die Begriffe für diesen Hinweis begnügen. Merkwürdig ist, dass der jüngeren Physikergeneration diese Formulierung der komplementären Beschreibung offensichtlich schon fast geläufiger

und eher einleuchtender erscheint als die Newtonische Himmelsmechanik mit ihren Fernwirkungen und dass man immer wieder gefragt wird, warum habt Ihr Euch damals in den 30er Jahren so viel Sorgen und Gedanken gemacht, dass das alles nicht anschaulich sei? Für unsere Zwecke, wenn ich jetzt zum eigentlichen Thema des Vortrags

komme, leider nach 20 Minuten ist, wollen wir nur festhalten, dass wenn weiterhin von Elementarteilchen die Rede sein soll, zugleich immer unterstellt ist, dass diese Teilchen nicht nur Quellen von Kraftfeldern sind, die die Wechselwirkung untereinander vermitteln, sondern dass sie selber als Elementarteilchen zugleich

in ihren Bewegungsgesetzen Feldcharakter haben, der bei geeigneten Experimenten sogar dominiert. Ist also völlig gleichgültig, ob wir von Elementarfeldern oder von Elementarteilchen reden. Wir meinen das selber, in dem burschen Sinne. Nun, nochmal um auf die Atome zurückzukommen, lassen Sie mich nochmal auf den merkwürdigen Satz bei Newton hinweisen. No ordinary power being able to divide

what God himself had made one in the first creation. Wenn er damals mit ordinary power, die seinerseits zugänglichen technischen Hilfsmittel meinte, dann hatte er durchaus recht. Erst als es gegen Ende des vorigen Jahrhunderts der Elektrotechnik gelang, solche elektrischen Spannungen ins Labor zu bannen, wie sie etwa zwischen der Gewitterwolke

und der Erde bestehen, mussten wir feststellen, dass das Atom auch keine letzte Einheit ist, sondern eine Struktur besitzt. Und wie ich erfahre, ist gerade darüber gestern in so eindrucksvoller Weise berichtet worden, sodass auch dort ich mich kurz fassen kann. Wir haben die Elektronen

vor uns und die Atomkerne, die dem Volumen nachher billionenmal kleiner sind als die Atome als Ganze. Nun, dann entsprechen aber immer noch den heute mehr als 100 bekannten chemischen Elementen über 100 verschiedene

Atomkerne. Und heute erscheint es uns eine naheliegende Frage, ob nicht diese Kerne selbst wieder eine Struktur besitzen und aus elementareren Bausteinen konstituiert sind. Und es ist interessant, dass lange vor der experimentellen Konsolidierung der Atomhypothese Prout, ein Englischer, auch als

Naturforscher, ein hoch angesehener Arzt, sprach Prout in den Jahren 1850 in einem allerdings vorsichtig unter einem Pseudonym veröffentlichten Aufsatz die Hypothese aus. Und zwar sind es zwei Aufsätze von 1815, 1816 in den

Ernst auf Philosophie. Dort sprach er die Vermutung aus, dass alle chemischen Elemente aus einem Urstoff aufgebaut seien, der mal den Namen Prothähüle gab. Als Argument zugunsten der Hypothese war, führte er damals die nicht sehr präzise bekannten anscheinend ganzzahligen Relationen zwischen Atomgewichten an.

Nun, wie Sie wissen, hat sich diese Hypothese völlig bestätigt. Im ersten Hinweis auf eine Struktur des Atomkerns hat uns die Natur selber gegeben, in den vor 70 Jahren durch Becquerel und das ehepaar Kyrie entdeckten und studierten Erscheinungen der natürlichen Radioaktivität. Dann aber aus Experimenten

mit elektromagnetisch beschleunigten Teilchen haben wir gelernt, dass der Atomkern aus zwei Bausteinen besteht. Der eine ist der Kern des Wasserstoffatoms, das Proton, der andere das in der Masse fast gleiche elektrisch neutrale Teilchen, das Neutron. Und jetzt kommt der Punkt, wollen wir das Neutron

ein Elementarteilchen nennen. Ich erinnere mich noch gut aus den ersten Jahren nach der Entdeckung des Neutrons, als ich noch in meiner Studienzeit als eine große Diskussion ging, ist das vielleicht das Neutron nicht doch aus Elektron und Proton zusammengesetzt. Dafür sprach die Tatsache, nachdem also allerlei experimentelle

Unstimmigkeiten in den Massenbestimmungen beseitigt waren, nachdem das Neutron leichter war als das Proton, dafür sprach die Tatsache, schien die Tatsache zu sprechen, dass das Neutron auch zerfallen konnte in Elektron und Proton. Dann aber lernten wir vor allen Dingen durch das Studium der künstlichen Radioaktivität,

dass auch das Umgekehrte passieren kann. Es kann sich genauso gut das Proton in einen Neutron oder einen Positron umwandeln. Es hat gar keinen Sinn davon zu sprechen, ob das eine etwa das Neutron aus Positron und Elektron und Proton oder ob das Proton aus Neutron und Positron zusammengesetzt ist. Vielmehr müssen wir

sagen, dass bei diesen Umwandlungsprozessen diese leichten Teilchen, das Elektron und wie Sie auch wissen, ich komme gleich noch darauf zurück, das Neutrino wirklich erst entstehen, wirklich entzeugt werden in dem Akt der Umwandlung. Und dementsprechend können wir mit gutem Recht

das Proton und das Neutron einfach als zwei Erscheinungsform eines Teilchens, eines elementaren Teilchens ansehen, wovon die eine oder andere Erscheinungsform unstabil ist. Bei der Umwandlung treten also dann entstehen die Elektron ebenso, wie wir eigentlich immer unterstellt

hatten, dass das Licht, also ihre Quanten, die photon, sicher nicht in einem glühenden Körper vorhanden sind, bevor sie im Aufleuchten emittiert werden. Damit haben wir uns von den Vorstellungen eines Elementarteilchens weit entfernt, denn ursprünglich, deshalb habe ich gerade die Newton Sätze zitiert, war sicher die Beständigkeit

das wesentlichste Merkmal, das man ursprünglich mit der Vorstellung elementar verknüpfte. Nachher werden wir sehen, dass es noch viel kurzlebigere Teilchen, als das Neutron gibt, das immerhin eine Lebensdauer von etwa 1000 Sekunden hat, die wir doch gerne als elementar ansprechen möchten. Einen weiteren Schritt

von dem nativen Teilchenbild weg, führte dann die Erkenntnis, dass wir den elementaren Teilchen zu ihrer Charakterisierung gewisse innere Eigenschaften zuschreiben müssen. Das klingt zunächst einer Wortwahl fast so klingen die verborgenen Qualitäten

an, die Newton so gerügt hat. Wir werden aber sehen, dass das nicht die Meinung ist, sondern dass die inneren Eigenschaften ganz scharf präzisierbar sind. Messbar. Nämlich neben der elektrischen Ladung und durch die sich das Proton von Neutron unterscheidet, müssen wir diesen Teilchen auch zunächst eine Größe beilegen, als innere Eigenschaft,

nämlich die dynamisch charakterisierbar ist und die in der klassischen Mechanik oder Elektrodynamik auch durch einen Trall beschrieben wird. So wie das im Fehler einer Billardkugel. Ohne, dass es irgendeinen Sinn hätte, davon zu sprechen, dass das Teilchen

wirklich im Raume rotiert. Nämlich an diesem Teilchen kann man nicht mehr Markierungen anbringen, um so eine Rotation zu beachten. Das ist ein äußerlicher Argument. Das Wichtige ist, dass die Struktur, die mathematische Struktur von diesen inneren Eigenschaften gerade so ist, dass diese Rotation prinzipiell nicht beobachtet werden kann.

Übrigens ist dieser innere Trall fast das einzige Merkmal des Neutrinos, was ich schon kurz nannte, im Zusammenhang mit dem Peterserfall nannte. Dieses ungeladene, massenlose Teilchen hat eine so geringe Wechselwirkung mit der Materie, aus der unsere Messapparaturen aufgebaut sind, dass es sich bis vor etwa 10 Jahren

dem experimentellen Nachweis entzogen hatte, obgleich Pauli seine Existenz bereits 1930 vorgeschlagen hatte in einem berühmten Brief an seine in Tübingen tagenden Kollegen, um Ordnungen in die damals weitgehend ungeklärten Phänomene der Radioaktivität zu bringen.

Erst den seitjährigen Fortschritten der Experimentiertechnik ist schließlich der Nachweis seiner realen Existenz gelungen. Nun, bei dem Neutrino war der innere Trall, meist also mit dem englischen Namen Intrinsic Spin bezeichnet, eigentlich die einzige Eigenschaft dieses so schwer fassbaren Teilchens, welche Pauli

positiv vorhersagen konnte, außer dass es Träger von Energie war. Fast alle anderen Charakterisierungen konnten nur als Negation ausgesprochen werden. Es hat keine Masse, hat keine Ladung, überhaupt keine elektromagnetische Wirkung und so weiter. Und man kann auch wohl heute noch in leichter Abwandlung eines Morgensternschen

Verses vom Neutrino sagen, es ist ein Spin, sonst nichts. Ich sage, ich habe es nur erzählt, um also klar zu machen, was die Meinung bei dieser inneren Eigenschaften sind. Diese inneren Eigenschaften

haben dann auch die Konzeption der Antiteilchen ermöglicht, wie das Positron das Antiteilchen des Elektrons ist. Beide können sich in der Vereinigung völlig aufheben, also alle inneren Eigenschaften der Teilchen verschwinden mit den Teilchen und stattdessen

entstehen jetzt die mechanischen Energieimpuls, Drehimpulseigenschaften dann in der dabei emittierten Strahlung wieder zutage. Diese Antiteilchen werden auf paar Weise erzeugt. Ich glaube, es ist nicht nötig auf die vielen etwas verwirrenden Darstellungen der Presse einzugehen,

die gerade in den letzten Wochen durch die Entdeckung des Antideuterons oder den Nachweis des Antideuterons entstanden sind. Diese Antiteilchen sind zuerst von Dirac prophezeit, als für die Protonen vor etwa zehn Jahren durch eine Gruppe von Forschern in Berkeley entdeckt worden. Und inzwischen gab es von

vielen, vielen anderen Teilchen schon zu vielen anderen Teilchen, von denen noch die Rede sein wird, bereits Antiteilchen. Und das einzige vielleicht aufregende ist, dass man im Antideuteron zwei Antiteilchen simultan erzeugt hat,

wozu im Allgemeinen ein großer Energie- und Impulsaufwand nötig ist. Und dass die Energie- und Impulsübertragung an diese beiden Teilchen, die beiden erzeugten Antiproton, Antineutron, so war, dass die sogar zusammenblieben und eine als Deuteron sich durch die Messapparaturen bewegen konnten, dass sie nicht sofort wieder Antiproton und Antineutron

auseinander platzten. Ja, dann kommen wir eigentlich zu dem Hauptproblem, nämlich dass bis um die Mitte der 30er Jahre eben die bekannten Bausteine der Materie, das Nukleon, in seinen beiden Erscheinungsformen war, dazu das Elektron, das selbst wiederum als Quelle des elektromagnetischen Feldes wirkte, ebenso wie die geladenen

Formen des Nukleons. Dazu erkannten wir die Quanten der elektromagnetischen Strahlung, die Photonen, und konnten diese auch im guten Sinn und schließlich noch das Neutrino als Elementarteilchen bezeichnen. Damals schien das einzig noch zu lösende Problem jetzt die Frage nach der Natur der Kräfte,

die die Protonen und die Neutronen beisammen hielten, und da aus diesen Bausteinen den Kern aufbauten, und es war zu vermuten, dass diese Kräfte eben wieder nicht als Fernwirkung zwischen den Nukleonen agierten, sondern dass sie durch ein Feld vermittelt wurden.

Diese Hypothese in allen ihren Konsequenzen wurde von Herrn Jukawa, den Sie morgen hören werden, ausgesprochen. Man wusste, dass diese Kräfte, oder Jukawa schloss auch, dass diese Kräfte sehr viel stärker sein mussten als die elektromagnetischen bei nahen Entfernungen der Nukleonen,

und wegen ihrer kurzen Reichweite musste man den Quanten dieses neuen Kraftfeldes, das jetzt das Bild der Materie abrunden sollte, eben eine endliche Masse zuschreiben, etwa ein siebtel der Nukleonenmasse. Und Jukawa nannte diese Quanten dieses Feldes, das die

Wechselwirkung der Nukleonen vermittelt, die Mesonen. Und es war damals eigentlich die Überzeugung der Physiker, dass man durch ein experimentelles Studium dieser Mesonen, gerade dieser Quanten, mit denen man mit geeigneten Beschleunigern eine genügende Zahl erzeugen konnte, alle Informationen über die Kernkräfte gewinnen könnte und dann das Bild von der Struktur der Materie wirklich abschließen könnte.

Nun, wie Sie wissen, sind diese Mesonen zunächst dort entdeckt worden, wo uns das Weltall selbst sehr hochenergetische Projektile liefert in der Höhenstrahlung. Und ich möchte nicht eingehen auf die leichte Konfusion, die in der Zuordnung

von in der Höhenstrahlung beobachteten Teilchen zu diesen Quanten der Kernkräfte existiert hat. Viele Jahre lang stellte sich schließlich heraus, dass man das, was man zunächst als die Piemesonen, die Quanten des Kernkraftfeldes hielt in der Höhenstrahlung, gar nicht die Piemesonen waren,

sondern erst ein Zerfallsprodukt dieses Piemesons. Aber später wurde auch das Piemeson selbst in der Höhenstrahlung gefunden. Und ich glaube, das ganze Programm, mit dem dann nach Kriegsende die Physiker überall in der Welt, soweit die finanziellen und andere Voraussetzungen

gegeben waren, mit so einem großen Anstrengung Teilchenbeschleuniger bauten, um diese Mesonen zu studieren, war es von dem Vertrauen getragen. Wenn wir einmal diese Mesonen kennen, dann wird sich unser Bild von der Materie völlig abgerundet haben. Wir können dann alle Wechselwirkungen ausrechnen, quantitativ beschreiben,

im Prinzip eben mit der Quantenmechanik alle chemischen Wirkungen, mit der Quantenmechanik und Elektrodynamik alle chemischen Wirkungen beschrieben sind. Wenn man jetzt zurückblickt, werde ich immer erinnert an eine Teile in Goethes Faust, wie er Faust dort

in der Walpurgisnacht zum Brocken hinaufsteigt und in klassischem Spruch dann sagt, dort wird sich manches Rätsel lösen. Und dann Mephisto ihm sehr kalt antwortet, doch manches Rätsel knüpft sich auch. Genau das ist das Ergebnis der Entwicklung

des Experimentierens mit den Strahlen aus den Teilchenbeschleunigern gewesen. Zusätzlich zu diesem Meson, dem Pi-Meson, das uns die Kernkräfte vermitteln sollte, stellt sich heraus, dass es noch eine große Fülle von weiteren Teilchen in der Natur gibt, die wir jetzt unter diesen Bedingungen,

zwar einige davon auch in der Höhenstrahlung schon gesehen hatten, und die uns ein ganz neues Aufgabengebiet eröffnet. Zunächst aber noch zum Meson. Sie wissen, es gibt Meson als neutrales, als positiv und als negativ geladenes Meson. Das ist die einfachste innere Eigenschaft, die es hat.

Feiner haben Experimente eindeutig ergeben, es hat keinen inneren Trail. Dagegen hat es eine andere innere Eigenschaft, gegen die bei den experimentierenden Physikern, gegen die Benutzung bei den experimentierenden Physikern ein merkwürdiges Unbehagen war. Nämlich, ganz simpel kann man die Eigenschaften nur beschreiben,

nicht an dem Teilchen, sondern an den Eigenschaften des Feldes, das dem Teilchen korrespondiert, im jukarwaschen Kraftwäldern. Das ist die sogenannte innere Parität. Ich darf aber vielleicht diese Gelegenheit benutzen, um auf einen Spaß hinzuweisen, dass eigentlich schon um ein Haar, wenn Dirac mit seiner Vermutung,

dass es freie magnetische Monopole geben könne, recht gehabt hätte, oder vielleicht sogar recht hat, dass dann diese Frage der inneren Parität von Teilchen durchaus schon in der klassischen Physik der Felder und ihrer Quellen vorhanden war.

Nämlich der magnetische Pol, nicht die Dipole, sondern der Pol muss eine entgegengesetzte innere Parität haben wie die elektrische Elementarladung. Sie wissen nämlich alle, dass das magnetische Feld bei Raumspiegelungen sich anders benimmt als das entgegengesetzte, wie das elektrische Feld. Ferner wissen Sie, dass die magnetischen Dipole sich verhalten

wie die magnetischen Felder, also Übergang von rechtshändigen zur linkshändigen Koordinatensystem, nicht das Vorzeichen wechseln. Da aber, wenn Sie den Dipole als einen Ortsvektor multipliziert mit der Polstärke multiplizieren, dann sehen Sie, dass der Ortsvektor seine Vorzeichen ändert, also muss auch der magnetische Monopol

sein Vorzeichen wechseln beim Übergang vom rechtshändigen zum linkshändigen Koordinatensystem. Also im Grunde genommen wäre das schon alles in der klassischen Elektrodynamik vorhanden gewesen, wenn es nicht nur magnetische Dipole, sondern auch magnetische Pole gegeben hätte. Nun, diese Eigenschaft wurden wir genötigt, dem Pi-Messon zuzuschreiben.

Auch das müsste sich so benehmen, wie ein magnetischer Monopol sich zu benehmen hätte. Und zwar wiederum aufgezwungen durch eine Reihe von Experimenten, auf die ich nicht eingehen kann. Also wie gesagt, eines der weiteren Einbrüche in die Struktur des Begriffs

Elementarteilchen ist eben die kurze Lebensdauer des Messons, dieses Quanz, das die Kernkräfte vermittelt, nämlich es hat nichts mit den Kernkräften zu tun und nichts mit seinen Wechselwirkungen mit den Nukleonen, dass es sich selber wieder zerfallen kann. Das Neutrale zerfällt innerhalb von 10 hoch minus 16 Sekunden

in harte Röntgenstrahlen. Das geladene Messon hat eine Lebensdauer von 10 hoch minus 8 Sekunden und hat merkwürdigerweise, und schon fängt die Konfusion an, zwei Zerfallsweisen. Nämlich sehr selten. In dem 10-millionsten Teil aller Fälle, fast im 100-millionsten Teil aller Fälle, ist das Endprodukt nicht ein Elektron

und ein Neutrino. Und sonst, dagegen ganz überwiegendem Teil, ist das Endprodukt selbst wieder ein Teilchen, das sich in vieler vieler Hinsicht, genau wie das Elektron benimmt und nur eine 207-mal größere Masse hat, aber selber wieder zerfallen kann in ein

Elektron und Neutrino und Antineutrino. Dieses Zwischenprodukt, das Mymerson, ist wohl für uns noch das mysteriöse Detailchen, deren Rollung-Emschöpfungsplan zu verstehen eine der härtesten Aufgaben ist. Ich weiß nicht, Herr Heisenberg,

das ist vielleicht etwas anderer Meinung. Das hat infakt jetzt auch 207 erreicht. Aber eben wie gesagt, abgesehen von diesem Mymerson-Rätsel hat sich die Hoffnung, gemäß dem Newtonischen Programm, jetzt mit dem Elektron und dem Neutrino, und dem Pymeson, alle Daten in der Hand zu haben, für ein geschlossenes Bild der Materie nicht erfüllt,

weil es die verfeinerte Experimentierkunst und so viele weitere Teilchen aufgewiesen hat. Sehr merkwürdig war, dass die erste oder sehr beachtlich war, dass das erste dieser neuen Teilchen wiederum nicht mit den künstlichen Beschleunigern gefunden wurde, sondern beim Studium der Höhenstrahlung

durch die Gruppe in Manchester. Geht das so, Herr Heisenberg? Funktioniert das? Das war vor etwa 15 Jahren, wo geladene Teilchen, Elementarteilchen, meist noch nicht in der Blasenkammer, sondern in der Wilsonkammer sichtbar gemacht wurden. Und da beobachteten zuerst

Woodlauer und Mitarbeiter aus der Black-It-Gruppe in Manchester Fälle, wo entweder ein geladenes Teilchen oder ein ungeladenes, sehr energiereiches Teilchen auf einen Kern stößt und eine Kernumwandlung machte, dann aber

in einer gewissen Entfernung, aber offensichtlich damit korreliert, Spuren von zwei geladenen Teilchen, einem Proton und einem Pimeson, zum Beispiel. Und wenn man den gesamten Impuls, den diese beiden Teilchen tragen, rückwärts verlängerte, führte er genau zu dem Zentrum dieser Reaktion. Wegen dieser Gestalt, weil ich ja das Bild eigentlich andersherum zeichnen sollen,

wurden diese Teilchen V-Teilchen genannt. Nur um erstmal einen Namen zu haben. Dann erinnere ich noch selber mich sehr deutlich, dass ich zufällig in einem Seminar in Pasadena war, in dem die Mitarbeiter von Anderson, oder Leute aus der Gruppe von Anderson

in Pasadena ein systematisches Studium dieser Erzeugung zunächst dieser Teilchen vorgenommen hatten. Und etwa die relative Häufigkeit, mit der diese Gruppe von Teilchen, deren Spur so einen V machte,

bestimmt wurde, bei vorgegebenen Bedingungen bekannter Intensität der Höhenstrahlung, bekannter Materialdicke, in denen also diese Teilchen produziert werden konnten und so weiter. Und ähnlich noch so außerordentlich lebhaft, wie Feynman mit allem seinem Temperament aufsprang und sagt, this is madness, this is impossible.

Nämlich, es stellte sich heraus, diese Teilchen wurden sehr, sehr häufig erzeugt. Und diese Erzeugung musste also dadurch zustande kommen, dass die Nukleonen oder die Pimesonen, die dort vorhanden waren, miteinander so wirkten, dass dieses ungeladene Teilchen entsteht,

das selber wieder dann in Pimeson und Proton zerfallen kann. Und jetzt ist Folgendes, wenn diese Teilchen hätten in Proton und Pimeson zerfallen können, dann müsste ihre Erzeugungswahrscheinlichkeit durch die Zerfallsrate bestimmt sein. Das war die Unterstellung. Dann stellte sich aber heraus, sie werden so häufig erzeugt, dass man mal umgekehrt die Zerfallsrate berechnen würde,

das Teilchen schon hier oben im Kern zerfallen müsste und nicht einen langen Weg von einigen Zentimetern zurücklegen. Feynman war so außerordentlich temperamentvoll und sagte, es ist imposer, es ist einfach nicht inkonsistent. Dann gab es eine lange Diskussion, ich meine, das wurde auch natürlich nicht nur von Feynman geäußert,

und dann gab es so eine lange Diskussion, fast ein halbes Jahr lang, bis zuviel ich weiß, Pais die Vorschlag machte, diesen Zerfallsprozess völlig zu entkoppeln von dem Erzeugungsprozess, durch eine sehr merkwürdige Forderung, die sich aber auch vollständig nachher bestätigt hat, nämlich gelegentlich gab es noch andere,

auch nicht nur eins, sondern zwei solche Bilder, bei denen das zweite Teilchen zum Beispiel in ein Pi plus und Pi minus zerfällt. Wiederum ein zweites V-Teilchen, das aber nicht Proton und Pion ist, sondern zwei Pionen.

Und Pais formulierte als erste die Hypothese, dass vielleicht der Entstehungsprozess gekoppelt ist an die Bedingung, dass diese beiden Teilchen notwendigerweise paarweise erzeugt werden müssen. Dass sie sich auch, wenn sie beisammen werden,

sich wieder treffen können, wieder auch sich vernichten können. Aber nur dann, wenn sie beieinander sind. Aber nachdem sie einmal erzeugt sind, sind sie weit auseinander gelaufen und das sind also zwei verschiedene Sorten von Teilchen, die keinen Partner finden, mit denen sie dann nach dieser Forderung, dass sie paarweise reagieren sollen, wieder zerfallen können.

Sodass der Zerfall völlig entkoppelt wird von dem Erzeugungsprozess. Dann ist der für die heutige Physik wohl typisch, dass man da rangeht, eine solche Forderung. Diese Teilchen wurde dann schließlich, dass den Namen behalten, das V-Teilchen genannt, oder später

wurde das umgedreht und es wurde das Lambda-Teilchen genannt, dass es immer neutral vorkommt und dass also zumindest mit einem Proton zerfällt. Und das andere Teilchen wurde ein K-Teilchen genannt, in diesem Falle K0, das nur in Teilchen, die keinen Spinn haben,

zerfallen können. Oder schließlich nicht. Was ja im Gesamtspinn jedenfalls ganz zahlig sein soll. Nun ist es typisch, dass diese Formulierung, sie können nur paarweise erzeugt werden, sofort versucht wurde, quantitativ zu fassen. Und das war ein Mitarbeiter von Herrn Heisenberg, Nishijima, oder jedenfalls zeitweise ein Mitarbeiter von Herrn Heisenberg und Gil Mann in Pasadena,

die sagten, wenn das ein so klar formuliertes Prinzip sein soll, dann müssen wir das, können wir wahrscheinlich diese Gesetze durch eine weitere innere Eigenschaft aller Elementarteilchen karakterisieren, die man einfach durch einfache Zahlen angeben kann,

positiv und negativ, dass bei den gewöhnlichen Teilchen, die wir bisher kennen, diese innere Eigenschaft, die dann den Namen Strangeness, ich weiß nicht, ob es eine vernünftige Übersetzung gibt, Strangeness, die so gewählt wird, dass sie erstens ganz zahlig ist, positiv oder negativ, für alle bisher bekannten Teilchen, für die Protonen,

für die Pionen, für die Nukleonen, sollte diese Strangeness gleich null sein, und dann ist eine willkürliche Festsetzung, dass man zum Beispiel diesen Teilchen die Strangeness minus eins gibt und die Strangeness plus eins, und dass so ein Erhaltungssatz für solche inneren Eigenschaften gilt, wie es ein Erhaltungssatz für die Ladung gilt. Inzwischen wird auch häufig

durch bei einer leichten Verschiebung der Nullstelle diese innere Eigenschaft direkt als Hyperladung karakterisiert. Nun, ich fürchte, meine Zeit ist fast verbraucht, und es stellt sich heraus, dass zunächst also bei den

so studierten, verschiedenen, neu gefundenen Teilchen man tatsächlich mit diesen beiden neuen inneren Quantenzahlen, einerseits der Parität, das Spiegelungsverhalten der Felder oder der zugeordneten Teilchen beim Übergang vom rechtshändigen zum linkshändigen Koordinatensystem, einerseits

und zweitens durch diese merkwürdige Quantenzahl, die Strangeness, man einen Schema bekommen hat, in dem man jedenfalls zunächst alle die Reaktionen so einbauen konnte, dass es keine inneren Widersprüche auftraten, keine inneren Widersprüche von der Art, wie ich karakterisiert hatte, wie Feinmann wirklich ganz

explosiv reagiert hat und sagt, das ist impossible. Und das war wirklich aus diesem Erschrecken, konnte wieder aufgelöst werden durch die Erfindung eines quantitativen Begriffs einer inneren Eigenschaft, die keineswegs mehr eine okkulte Qualität ist. Nun, ich könnte jetzt in diesem Sinne fortfahren. Inzwischen gibt es also

gerade durch solche Quantenzahlen zu karakterisierenden Teilchen, ja ich möchte nicht auch noch auf den Isospinnen eingehen, die sich dann wieder mit der Strangeness zusammenfassen lassen, so gibt es inzwischen eine große Zahl von Elementarteilchen, deren Zahl kaum mehr der Zahl der um die Jahrhundertwende bekannten chemischen Elemente

nachsteht, die aber durch diese paar ganz scharf formulierbaren Begriffe immerhin schon so weit in ein Ordnungsschema gebracht werden können, wie es die ersten Versuche der Ordnungen in chemische Elemente zu bringen entspricht, wie es den ersten Versuchen entspricht.

Es besteht die Hoffnung, dass vermittels dieser Begriffe jetzt auch noch diese Ordnung, die zum großen Teil noch qualitativer Natur ist, einige quantitative Vorhersagen kann man machen, man kann also häufig angeben die relativen Erzeugungshäufigkeiten des einen oder des anderen Teilchens, wenn man einen Kern

mit einer bestimmten Teilchensorte beschießt und so weiter, dabei aber haben wir trotzdem noch zwar die Vielfalt der Kerne losgeworden, sind wir die Vielfalt der Kerne losgeworden, in das Gesetz der Nukleon und der Antinukleon, aber alle diese Kräfte zwischen den Teilchen, zwischen auch den Nukleonen,

die den Kerns konstituieren, sind nicht nur bestimmt durch dieses eine Kraftfeld, das Yukawasche Pionische Kraftfeld, sondern durch eine Fülle von Kraftfeldern, die allen diesen seltsamen Strange Particles entsprechen. Diese Kräfte sind außerdem, zunächst möchte ich noch auf einen Punkt hinweisen, dass gerade mit dieser

Vorstellung der Komplementarität, dass also immer es Teilchen gibt, zwischen den Teilchen wieder Kräfte wirken, diese Kräfte wieder offensichtlich durch, also nach unserem Programm, durch Felder vermittelt werden, diese Felder aber wieder Quanten haben und diese Quanten wieder neue Teilchen stehen, zwischen denen wieder

Wechselwirkung bestehen könnten, dass das also zu einem Regress ohne Ende führen könnte. Nun, das tatsächlich, auch zwischen den Pionen, also die Piemesonen untereinander und zwischen auch den Strange Particles sehr starke Wechselwirkung bestehen, das ist inzwischen experimentell

sichergestellt, gerade dadurch, dass man temporär Zustände herstellen kann, die nachher, also zwar in sehr kurzer Zeit, 10 hoch minus 18 Sekunden, wieder in mehrere Pionen auseinanderfallen, bei denen man aber nach dem Energie- und Impuls sicher sagen kann, temporär waren das Teilchen,

wenn sie nur aus Pionen auseinanderfliegen, dann muss es also durch Kräfte zwischen den Pionen zustande gekommen sein. Es gibt also solche Kräfte, man könnte also sehr fürchten, jetzt gibt es kein Halten mehr, diese Kräfte müssen wieder durch Felder vermittelt werden, diese Felder haben Quanten, zwischen diesen Quanten gibt es Kräfte.

Und da ist eben der wesentliche Punkt, dass zunächst im burschen Gedanken der Komplementarität gerade schon eine Möglichkeit besteht, diesen Regress in sich zu schließen, nämlich unter den vielen so gefundenen Teilchen gibt es immer schon solche, deren zugeordnete

Felder gerade die Wirkung zwischen anderen Teilchen vermitteln können. Und deshalb ist es nicht notwendig, dass dieser Regress nach Suchen nach neuen Teilchen gar kein Ende nimmt. Daneben aber muss man vielleicht doch an die Tradition der jonischen Naturphilosophen anschließen, an die damals, in der jonischen Zeit, neue Art Fragen

zu formulieren, leider kann ich, das liegen philologische Grenzen bei mir, unter anderem, philologische Grenzen bei mir, aber solche Fragen zu formulieren, auf die der Thales eine Antwort geben zu können, glaubte alles ist Wasser. Ich meine, diese Fragestellung, schön ist das.

Also diese frühen jonischen Antworten, also die diversen Antworten der jonischen Naturphilosophen, können wir natürlich nicht übernehmen. Trotzdem aber ist ihr Traum sicher noch lebendig überall in der Physik, gerade angesichts dieser Fülle von Teilchen, das Urfeld

aufzusuchen, von woher sich alle diese verschiedenen Felder nach einem einheitlichen Prinzip verstehen lassen. Aber auch darüber zu sprechen, sind berufene Leute anwesend.