Marietta Blau: Entwicklung bahnbrechender Methoden auf dem Gebiet der Teilchenphysik

Do, 13.07.2017 - 11:17 — Robert W. Rosner

Robert W. RosnerIcon PhysikDie Wiener Physikerin Marietta Blau hat in den 1920er- und 30er-Jahren eine photographische Methode entwickelt, welche die Sichtbarmachung energiereicher Teilchen ermöglichte und Grundlage für die Teilchenphysik wurde. Mit dieser Methode hat Blau zusammen mit ihrer Schülerin und Mitarbeiterin Hertha Wambacher 1937 erstmals die Zertrümmerung eines Atomkerns durch kosmische Strahlen festgehalten. 1938 musste Blau Österreich verlassen, während der Nazi-Zeit wurden ihre bahnbrechenden Ergebnisse ihrer Mitarbeiterin zugeschrieben. Der britische Kernforscher Cecil Powell , der auf den Ergebnissen Blaus aufbaute und das Pion entdeckte, erhielt den Nobelpreis, nicht aber die dafür mehrfach vorgeschlagene Marietta Blau. In Österreich geriet Marietta Blau in Vergessenheit, erst 2003 wurde sie wiederentdeckt.

Marietta Blau (1894 - 1970),

als Tochter eines k.k. Hof-und Gerichtsadvokaten in Wien geboren, stammte aus einer Familie des gehobenen jüdischen Mittelstands. Sie besuchte die Übungsschule der k.k. Lehrerbildungsanstalt in der Hegelgasse, danach die Vorbereitungsklasse und drei Klassen des privaten Mädchen-Obergymnasiums, nahm Privatunterricht und kam schließlich an das Mädchengymnasium in der Rahlgasse (1040 Wien), wo sie 1914 mit Auszeichnung maturierte.

Ab November 1914 war Marietta Blau an der Wiener Universität inskribiert. Sie studierte Physik und Mathematik. Eine TBC-Erkrankung erzwang 1916 eine Unterbrechung des Studiums. Blau dissertierte 1918 an dem von Franz Serafin geleiteten II. Physikalische Institut mit einer Arbeit über die Absorption von γ-Strahlen und wurde im März 1919 zum Dr. phil. promoviert.

Danach hospitierte sie bei Guido Holzknecht am Allgemeinen Krankenhaus, arbeitete 1921 als Physikerin an der Röntgenröhrenfabrik Fürstenau, Eppens & Co in Berlin und nahm schließlich 1922 eine Assistentenstelle am Institut für Physikalische Grundlagen der Medizin in Frankfurt/Main an. Im Herbst 1923 kehrte sie aber nach Wien zurück, da ihre Mutter erkrankt war.

Hertha Wambacher (1903 - 1950)

wurde als Tochter eines Fabrikanten geboren und besuchte - ähnlich wie Marietta Blau - zunächst eine Übungsschule der k.k. Lehrerbildungsanstalt in der Hegelgasse und trat dann in das Mädchengymnasium in der Rahlgasse über, wo sie 1922 mit Auszeichnung maturierte. Sie studierte dann zwei Jahre lang Chemie, gab dieses Studium aus Gesundheitsgründen auf und wandte sich dem Studium der Physik zu. Von 1928 an führte Wambacher ihre Dissertation unter Anleitung der um neun Jahre älteren Marietta Blau am II. Physikalischen Institut der Universitär Wien durch. Nach mäßigen Erfolgen bei den Rigorosen wurde sie im Mai 1932 promoviert.

Marietta Blau und ihre Schülerin und Mitarbeiterin Hertha Wambacher

Nach ihrer Rückkehr nach Wien arbeitete Marietta Blau ohne Bezahlung am Institut für Radiumforschung der Österreichischen Akademie der Wissenschaften - auch Hertha Wambacher, die ab 1928 bei Blau dissertierte, konnte keine Anstellung finden. Beide Frauen waren darauf angewiesen von ihren Eltern erhalten zu werden. Wambacher hatte dasselbe Mädchengymnasium in Wien besucht wie Blau und das mag dazu beigetragen haben, dass die beiden Wissenschaftlerinnen auch nach Abschluss der Dissertation Wambachers über viele Jahre zusammenarbeiteten. Obwohl Wambacher seit 1924 unterstützendes Mitglied der österreichischen Heimwehren war und bereits 1934 der NSDAP beitrat, scheint sich ihre politische Gesinnung lange Zeit nur geringfügig auf die Zusammenarbeit mit Blau ausgewirkt haben. Zwischen 1932 und 1938 veröffentlichten Blau und Wambacher gemeinsam zwanzig Arbeiten. In dieser Zeit gab es keine einzige Veröffentlichung Blaus mit einem anderen Mitarbeiter, und auch Wambacher schrieb nur einen einzigen Aufsatz zusammen mit Gerhard Kirsch , einem ihr politisch nahestehenden Physiker. Gegen Ende der Zusammenarbeit, noch vor dem "Anschluss", scheint es zu schweren Spannungen gekommen zu sein.

Die photographische Methode

Marietta Blau hatte bereits seit 1924 systematisch an der Entwicklung einer photographischen Methode zur Erfassung von energiereichen Teilchen, die bei Kernreaktionen emittiert werden, gearbeitet. Vorher war zum Nachweis derartiger Teilchen hauptsächlich die Szintillationsmethode eingesetzt worden, bei der man die schwachen Lichtblitze beobachtete, die beim Aufprall der Teilchen auf einem Zinksulfidschirm entstehen. Diese sehr fehleranfällige Methode musste in völlig verdunkelten Räumen durchgeführt werden.

Die ersten Untersuchungen Blaus hatten den Zweck schnelle Protonen photographisch zu erfassen, welche beim Aufprall von α-Strahlen auf Wasserstoff (H)-enthaltende Substanzen durch Kernstöße herausgeschleudert werden. Da nicht nur Protonenstrahlen, sondern auch andere energiereiche Strahlen (α-, β-, γ-Strahlen) eine photographische Schicht schwärzen, musste Blau geeignete Methoden entwickeln, um sicher zu stellen, dass die Schwärzung der Emulsion ausschließlich auf die Protonenstrahlen zurückzuführen war. Durch Einbringung von Materialien zur Absorption der α-Strahlen und Verwendung entsprechender Emulsionen gelang es Blau, Fotoplatten herzustellen, bei denen die darauf sichtbaren Bahnen ausschließlich von Protonen stammten. Diese Bahnen bestanden aus einer Reihe von Punkten: die Protonen hatten stellenweise Silberbromidkriställchen zu elementarem Silber reduziert.

Abbildung 1. Marietta Blau (links; um 1927) und Hertha Wambacher (rechts, nach 1928) im Labor am Wiener Radiuminstitut (Bilder: Privatbesitz Agnes Rodhe und Archiv Roman und Lore Sexl)

In den folgenden Jahren verfeinerte Blau die photographische Methode. Sie konnte zeigen, wie sich auf der Fotoplatte Bahnen von α-Strahlen von Bahnen von Protonenstrahlen unterscheiden. Aus der Länge der Bahnen konnte sie deren Energie ermitteln. Dank der Mitarbeit von Hertha Wambacher gelang es ihr die Empfindlichkeit der Emulsion durch geeignete Zusätzen zu reduzieren, sodass durch weniger energiereiche Strahlung (wie durch β- und γ- Strahlen) überhaupt keine störende Schwärzung auf der Platte auftrat. Nach der Entdeckung des Neutrons durch Chadwick untersuchten Blau und Wambacher 1932 Protonen, die bei Kernprozessen durch Einwirkung von Neutronen entstanden. Es gelang ihnen Rückschlüsse auf die Energie der im Spiel gewesenen Neutronen zu ziehen. Für ihre Untersuchungen "der photographischen Wirkungen der Alphastahlen, der Protonen und Neutronen" wurden Blau und Wambacher 1937 mit dem Lieben Preis der Österreichischen Akademie der Wissenschaften ausgezeichnet.

Zertrümmerungssterne

Danach untersuchten Blau und Wambacher die Anwendbarkeit ihrer Methode in Hinblick auf die 1912 von Victor Hess entdeckte kosmische Strahlung. In der von Hess eingerichteten Versuchsstation auf dem Hafelekar in 2300 m Höhe wurden Fotoplatten der aus dem Weltraum kommenden Strahlung ausgesetzt. Nach ersten wenig erfolgreichen Versuchen gelang es im Sommer 1937 mit speziellen Fotoemulsionen der englischen Firma Ilford auf Platten, die fünf Monate lang den kosmischen Strahlen exponiert waren, lange Bahnspuren zu erkennen. Diese gingen strahlenförmig von einem zentralen Punkt aus und wiesen auf eine hohe Energie der primären Strahlung hin. Blau und Wambacher nahmen an, dass diese Sterne durch die von der kosmischen Strahlung ausgelösten Zertrümmerung von Brom- und Silberatomen entstanden waren. (Abbildung 2)

Abbildung 2. Zertrümmerungssterne mit von einem zentralen Punkt ausgehenden Spuren auf einer Fotoplatte, die 5 Monate auf 2300 m Höhe der kosmischen Strahlung ausgesetzt war. (Quelle: M. Blau & H. Wambacher. Linkes Photo: Mitteilungen des Instituts für Radiumforschung, Dezember 1937. Rechtes Bild und Text: Disintegration processes by cosmic rays with the simultaneous emission of several heavy particles, Nature (London) 140, (1937), 585)

Die Veröffentlichungen über die Zertrümmerungssterne fanden großes Interesse: sie bestätigten theoretische Annahmen über die Energie der kosmischen Strahlen und zeigten, welche Möglichkeit die photographische Methode für die Kernforschung bot. Cecil Powell, der 1950 den Nobelpreis für die Entdeckung des Pions (π-Meson) erhielt, war von den Möglichkeiten dieser Methode so beeindruckt, dass er ihre Weiterentwicklung zu einem zentralen Punkt seiner Forschungen machte.

Zu Beginn des Jahres 1938 wollte Marietta Blau die Versuche mit kosmischen Strahlen in weit größerer Höhe fortsetzen. Sie bat den renommierten Radiochemiker Fritz Paneth, der bereits 1933 nach England emigriert war und im Zuge seiner wissenschaftlichen Arbeiten Forschungsballone in die Stratosphäre aufsteigen ließ, bei Ballonaufstiegen Fotoplatten mitzunehmen. Da der Ballonaufstieg erst nach dem Einmarsch deutscher Truppen in Österreich erfolgte, schickte Paneth die exponierten Platten nicht nach Wien. Er hoffte, Marietta Blau würde Gelegenheit finden, die Platten auszuwerten - er irrte.

Marietta Blau im Exil

Am Tag des Einmarsches der deutschen Armee (12. März 1938) befand sich Marietta Blau auf dem Weg nach Oslo, wohin sie die norwegische Chemikerin Ellen Gleditsch auf ein Forschungssemester eingeladen hatte. An eine Rückkehr nach Wien war nicht zu denken. Hertha Wambacher, die ja NSDAP-Mitglied war, wurde kurz nach dem Anschluss als Assistentin angestellt, nachdem durch die Entfernung eines jüdischen Assistenten ein Stelle frei wurde.

Glücklicherweise hatte Albert Einstein, der die mangelnden Aufstiegsmöglichkeiten für Jüdinnen in Österreich kannte, noch vor dem 12. März empfohlen, Blau nach Mexiko einzuladen. In seinem Empfehlungschreiben an einen Mitarbeiter des Polytechnischen Instituts in Mexiko wies er auf Blaus Methode zur Erforschung der kosmischen Strahlen hin und bezeichnet sie als Physikerin von hervorragender Begabung. Blau erhielt im Juni 1938 eine Einladung am Technischen Institut in Mexiko zu arbeiten und trat mit 1. Januar 1939 ihre Professur in Mexiko-Stadt an . Leider war der wissenschaftliche Standard am Institut auf einem relativ niedrigen Niveau und Möglichkeiten für Forschungsarbeiten so gut wie nicht vorhanden. Allerdings bedeutete das mexikanische Exil für Marietta Blau und die von ihr mitgenommene Mutter die Rettung vor dem Holokaust.

Die physikalischen Institute nach dem "Anschluss"

In Wien waren bereits kurz nach dem" Anschluss" an den physikalischen Instituten und am Radiuminstitut alle jüdischen und als Antifaschisten bekannten Lehrkräfte entfernt worden. Die Leitung des Instituts wurde von Georg Stetter übernommen, der Mitglied des NS-Lehrerbundes, einer Teilorganisation der NSDAP, war. Hertha Wambacher schloss sich eng an Stetter an.

In den Veröffentlichungen, die nun aus dem Institut kamen, konnte die Pionierleistung Blaus bezüglich der photographischen Methode nicht verschwiegen werden, die Entdeckung der Zertrümmerungssterne wurde aber einzig und allein Wambacher zugeschrieben. Im September 1938 berichtete Wambacher bei einer Physiker-und Mathematikertagung in Baden-Baden über die Mehrfachzertrümmerung von Atomkernen durch kosmische Strahlen. Bei der Erörterung der photographischen Methode erwähnte sie zwar, dass "die diesbezüglichen Arbeiten, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, von Blau in Wien gemacht wurden", bei den Untersuchungen über die Zertrümmerungssterne wurde Blau nicht mehr erwähnt.

Mit diesen Arbeiten suchte Hertha Wambacher im Studienjahr 1939/40 um Habilitation an und es wurde ihr die Lehrbefugnis für Physik erteilt. In den folgenden Jahren erschienen von ihr weitere Arbeiten zu dem Thema, zum Teil in Zusammenarbeit mit Georg Stetter. In dem 1940 erschienenen, sehr ausführlichen Artikel "Höhenstrahlung und Atombau" werden neben den Grundlagen auch verschiedene Methoden zur Messung behandelt. Bei den Abbildungen der Messungen in der Nebelkammer werden stets die Autoren des Experiments angegeben. Bei der Abbildung der Zertrümmerungssterne jedoch scheint der Name Blau nicht auf.

Nach der Befreiung Österreichs

wurden alle Hochschullehrer, die der NSDAP angehört hatten, entlassen, darunter auch Wambacher. Für Wambacher bedeutete dies den endgültigen Abschied von der akademischen Laufbahn, während es anderen (z.B. Georg Stetter und Gustav Ortner) gelang, nach einigen Jahren wieder eine akademische Stellung zu erhalten, oft mit Hilfe von Kollegen, denen sie in der NS-Zeit in der einen oder anderen Weise behilflich waren. 1946 wurde Hertha Wambacher die Diagnose Krebs gestellt. Etliche Mitarbeiter am Radiuminstitut - auch Marietta Blau - erkrankten an Krebs. Dies ist wohl darauf zurückzuführen, dass lange Zeit hindurch praktisch ohne Schutzmaßnahmen mit hoch radioaktiven Präparaten hantiert wurde. Wambacher arbeitete noch einige Jahre an einem Forschungslabor in Wien und starb 1950. Nach ihrem Tod erschienen von Stetter verfasste oder inspirierte Nachrufe, in denen Wambacher als die Entdeckerin der Zertrümmerungssterne dargestellt und Blau kaum erwähnt wurde.

Marietta Blau in den USA

Nach dem Tod der Mutter übersiedelte Blau von Mexiko nach New York. Sie erhielt 1944 eine Anstellung an der "Canadian Radium and Uranium Corporation" und wechselte Anfang 1948 an die Columbia University (N.Y.). Ihre Forschungen - Kernspurplatten für Teilchenbeschleuniger zu adaptieren - führte sie am Brookhaven National Laboratory aus, an dem sie ab 1950 beschäftigt war. Dank ihrer großen Fachkenntnisse konnte Blau bald die Mitarbeiter in die Verwendung der photographischen Methode einschulen und semiautomatische Verfahren entwickeln, um die großen Datenmengen, die in Zyklotronen anfielen, zu erfassen. Die photographische Methode erwies sich auf dem Gebiet der Teilchenphysik als sehr leistungsfähig. Gemeinsam mit ihren Mitarbeitern veröffentlichte Marietta Blau in dieser Zeit sechzehn Arbeiten.

Im Jahr 1956 übersiedelte Marietta Blau - inzwischen 62 Jahre alt - nach Miami, wo sie unterrichtete und mit einer Gruppe junger Physiker ein Labor einrichtete, um wieder an Themen der Teilchenphysik (Antiprotonen, π-Mesonen und K-Mesonen) zu arbeiten.

Rückkehr nach Wien

Marietta Blau hatte sich bald nach Kriegsende bemüht mit ihren ehemaligen Kollegen aus dem Radiuminstitut und den physikalischen Instituten in Wien - Berta Karlik, Stefan Meyer, Hans Przibram, Hans Thirring, nicht aber mit Hertha Wambacher - wieder in Kontakt zu treten.

1960 kehrte sie schließlich nach Wien zurück. Sie betreute noch einige Dissertantinnen im Radiuminstitut und hielt Vorträge bei Seminaren, nahm aber nur in beschränktem Maß am Wissenschaftsleben teil. Schuld daran waren nicht nur gesundheitliche Gründe. Sie war enttäuscht, dass Personen wie der frühere Nationalsozialist Georg Stetter wieder als Professoren am Physikalischen Institut tätig waren.

Mehrmals - von Thirring und Schrödinger - für den Nobelpreis vorgeschlagen, erhielt sie diese höchste Auszeichnung nicht. Sie bekam allerdings den Schrödingerpreis (1962), den Preis für Naturwissenschaften der Stadt Wien (1967) und das Goldene Doktordiplom (1969). Eine Aufnahme als Mitglied der Akademie der Wissenschaften fand nicht die erforderliche Mehrheit.

Wie viele andere Wissenschaftler, die in der Frühzeit der Forschung auf dem Gebiet der Kernphysik die notwendigen Schutzmaßnahmen nicht getroffen hatten, erkrankte Marietta Blau 1969 an Krebs und starb 1970 nach vier Monaten Krankenhausaufenthalt. Ein Nachruf in einer wissenschaftlichen Zeitschrift blieb aus.


Weiterführende Links

R. Rosner , B.Strohmaier (Hrsg.) Marietta Blau - Sterne der Zertrümmerung. Biographie einer Wegbereiterin der modernen Teilchenphysik, Böhlau Verl., Wien 2003

Universität Wien (2003): Gedenkveranstaltung Marietta Blau http://www.zbp.univie.ac.at/webausstellung/blau/rueckblick_blau1.pdf

Ruth Lewin Sime, Marietta Blau: Pioneer of Photographic Nuclear Emulsions and Particle Physics. Phys. Perspect. 15 (2013) 3–32 (open access)

P. Galison Marietta Blau: Between Nazis and Nuclei Physics Today 50, Nov. 1997 pp 42-48 (Text kann auf Wunsch zugesandt werden)

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