Kaum ein Physikexperiment der vergangenen 200 Jahre hat einen so großen Einfluss auf die Wissenschaften gehabt, wie das Stern-Gerlach-Experiment. Mit der von Otto Stern entwickelten Molekularstrahlmethode gelang es ihm und Walther Gerlach 1922 ein Messgerät zu bauen, mit dem sie das Innere von Atomen und später mit einer verbesserten Version sogar deren Kerne untersuchen und zeigen konnten, dass sich die Bausteine der Atome nicht nach den Gesetzen der klassischen Physik verhalten. Diese Entdeckung wurde 1943 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet. In der Folge fußten um die 45 weitere Nobelpreise für Physik oder Chemie auf diesen Erkenntnissen – darunter Nobelpreise für das Kernspinresonanzverfahren, für die Entwicklung des Lasers sowie für die Atomuhr, die die Grundlagen aller heutigen Präzisionsmessungen sind. Quelle: PhysikKonkret Nr. 59

https://www.dpg-physik.de/veroeffentlichungen/publikationen/physikkonkret/pk59_stern-gerlach-experiment

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The year 2019 presents a two-­fold opportunity to remember the pioneer of quantum physics and Nobel Laureate Otto Stern (1888-1969). In 1919, at Max von Laue’s and Max Born’s Institute for Theoretical Physics of the University of Frankfurt, Stern launched the revolutionary molecular beam (or molecular ray) technique. This technique made it possible to send atoms and molecules with well-defined momentum through vacuum and to measure with high accuracy the deflections they underwent when acted upon by transversal forces. Thereby, heretofore unforeseen quantum properties of nuclei, atoms, and molecules could be revealed that became the basis for our current understanding of quantum matter. In the iconic Stern-­Gerlach experiment, completed in February 1922, the reality of space quantization of angular momentum had been demonstrated. The momentum resolution achieved corresponded to an energy resolution of a micro electron volt. Quelle: Booklet Otto Stern Fest

Heraeus Seminar Otto Stern's Molecular Beam Research and its Impact on Science, 01.-05.09.2019 in Frankfurt am Main,

Posterbeitrag Reinhard Mahnke (Univ. Rostock): Otto Stern 1921/22 in Rostock

Lebensdaten

• 17.02.1888  geboren in Sohrau/Schlesien (heute Polen)
• 1892  Umzug der Familie nach Breslau, Besuch des dortigen Gymnasiums
• 1906-1912  Studium in Freiburg/Br., München und Breslau
• 1912  Promotion zur Erlangung des Doktorgrades im Fachgebiet Physikalische Chemie an der Universität Breslau
• 1912-1914  Assistent bei Albert Einstein in Prag und Zürich
• 1913  Habilitation an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, Privatdozent
• 1915-1921 Dozent für Theoretische Physik an der Universität Frankfurt a. M.
• 1919  Nach Ableistung des Militärdienstes Lehrauftrag für Molekulartheorie und Thermodynamik, Professorentitel
• 1921-1922 a. o. Professor für Theoretische Physik an der Universität Rostock
• 1923-1933  ord. Professor für physikalische Chemie und Direktor des physikalisch-chemischen Labors an der Universität Hamburg
• 1933 Emigration in die USA
• 1933-1945 ord. Professor für Physik am Carnegie Institute of Technology in Pittsburg/USA
• 1943 Nobelpreis für Physik, erhalten 1944
• 1945 Emeritierung, Umzug nach Berkeley/Kalifornien
• 17.08.1969 verstorben in Berkeley/USA
   

Otto Stern am Institut für Physik der Universität Rostock

Otto Stern wird 1921 Nachfolger von Wilhelm Lenz im Amt des Rostocker außerordentlichen Professors für Theoretische Physik. Er wird als ganz hervorragend begabter Theoretiker, der nicht nur das gesamte Fachgebiet glänzend beherrscht, sondern auch als Forscher sehr erfolgreich produktiv tätig ist eingeschätzt. Er steht an erster Stelle der Berufungsliste, die folgendes Aussehen hat:

1. Otto Stern, geb. 17.02.1888, Sohrau
2. Ludwig Hopf, geb. 23.10.1884, Nürnberg
3. Karl Friedrich Herzfeld, geb. 24.02.1892, Wien
4. Walter Schottky, geb. 23.07.1886, Zürich

Otto Sterns Tätigkeit an der Universität Rostock beschränkt sich auf zwei Semester (vom 01.10.1921 bis zum 31.12.1922). Während dieser Zeit kündigt der Extraordinarius (a. o. Prof.) Vorlesungen über Theoretische Optik,Theorie des Lichtes und Das Atom an. Im Wintersemester 1922/23 führt Stern gemeinsam mit dem neu berufenden Ordinarius für Experimentalphysik, Professor Christian Füchtbauer, das Physikalische Seminar durch. Doch schon am 14.11.1922 bittet Stern um seine Entlassung aus dem Mecklenburgischen Staatsdienst; er verläßt Rostock in Richtung Hamburg. Sein Nachfolger in Rostock wird zum 01.01.1923 Walter Schottky.

Der Stern-Gerlach-Versuch

Nach Beendigung des 1. Weltkrieges beginnt im Jahre 1919 eine neue Etappe in der Entwicklung der Quantentheorie. Otto Stern ist aktiv an der experimentellen Überprüfung der neuen Ideen mit Hilfe von Molekularstrahlen beteiligt [5]. Im Winter 1919/20 beginnen Max Born und Otto Stern in Frankfurt/Main erstmalig mit der direkten Messung verschiedener Grundgrößen der kinetischen Gastheorie. Sie messen die mittlere Molekulargeschwindigkeit von Silberatomen beim Schmelzpunkt und bestimmen die mittlere freie Weglänge von Atomen in verdünnten Gasen mittels Streuung.

Im Herbst 1920 kommt Walther Gerlach an das Institut für Experimentelle Physik der Frankfurter Universität (dieses Institut wird in jenen Jahren von dem Ex-Rostocker, dem damaligen a. o. Professor, Richard Wachsmuth geleitet) und gemeinsam beginnen Stern, Gerlach und Born einen Versuch zur Richtungsquantelung im Magnetfeld vorzubereiten. Dieses unter dem Namen Stern--Gerlach--Versuch bekannte Experiment zeigt die Aufspaltung der Atomstrahlen durch ein inhomogenes Magnetfeld [1,2,3,4].

Das erste erfolgreiche Experiment mit Silberatomen wird am 5./6. November 1921 in Frankfurt durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt ist Otto Stern bereits Professor an der Universität Rostock. Mit einer neuen Apparatur größeren Auflösungsvermögens wird in der Nacht vom 7. auf den 8. Februar 1922 die Dublett-Aufspaltung sichergestellt; das Ergebnis an Stern nach Rostock mit den vier Worten Born hat doch recht telegrafiert. Damit ist die im August 1921 von Otto Stern [1] vorgeschlagene experimentelle Prüfung der Richtungsquantelung im Magnetfeld (Bestimmung des Bohrschen Magnetons) Anfang Februar 1922 erfolgreich gelungen.

Quellen

[1] O. Stern: Ein Weg zur experimentellen Richtungsquantelung im Magnetfeld,  Zeitschrift für Physik 7 (1921) 249-253

[2] W. Gerlach, O. Stern: Der experimentelle Nachweis des magnetischen Moments des Silberatoms, Zeitschrift für Physik 8 (1921) 110-111

[3] W. Gerlach, O. Stern: Der experimentelle Nachweis der Richtungsquantelung im Magnetfeld, Zeitschrift für Physik 9 (1922) 349-352

[4] W. Gerlach, O. Stern: Das magnetische Moment des Silberatoms, Zeitschrift für Physik 9 (1922) 353-355

[5] I. Estermann: History of molecular beam research: Personal reminiscences of the important evolutionary period 1919-1933, American Journal of Physics 43 (1975) 661-671_2011}

[6] H. Schmidt-Böcking, K. Reich: Otto Stern. Physiker, Querdenker, Nobelpreisträger, Societas-Verlag, Frankfurt/M., 2011

[7] H. Schmidt-Böcking, W. Trageser: Ein fast vergessener Pionier, Physik Journal 11 (2012) Nr. 3, 47-51

Reinhard Mahnke, 25.01.2013, 26.06.2014, 04.04.2017, 07.08.2019, 01.11.2021

Kalenderblatt Februar 2012