Ettore Majorana

Ettore Majorana (5. August 1906 – verschollen seit dem 27. März 1938) war ein italienischer Physiker. Von ihm stammt die Frage, ob das Neutrino sein eigenes Antiteilchen ist — eine Frage, die nach fast neunzig Jahren noch immer offen ist.

Sein Verschwinden gehört zu den bekanntesten ungeklärten Fällen der Wissenschaftsgeschichte.

Ein Ausnahmetalent

Majorana stammte aus Catania auf Sizilien und kam über ein Ingenieurstudium zur Physik. Ab 1928 gehörte er zur Arbeitsgruppe um Enrico Fermi in Rom.

Fermi, selbst kein Mann großer Worte, urteilte über ihn ungewöhnlich: Es gebe Wissenschaftler ersten Ranges, die weit kämen, und dann gebe es Genies wie Galilei und Newton. Majorana gehöre zu den letzteren.

Eine Eigenart machte diese Begabung schwer nutzbar: Majorana veröffentlichte kaum. Er rechnete Dinge durch, notierte das Ergebnis auf einem Zettel, benutzte diesen zum Anzünden seiner Zigarette und ging nach Hause.

Das bekannteste Beispiel: 1932 schloss er aus den Versuchen der Curies auf ein neutrales Teilchen im Atomkern. Fermi drängte ihn, das zu veröffentlichen. Er tat es nicht. Wenige Wochen später wies James Chadwick das Neutron nach und erhielt dafür 1935 den Nobelpreis.

Die Arbeit von 1937

Seine letzte Veröffentlichung ist zugleich seine folgenreichste.

Paul Dirac hatte 1928 eine Gleichung aufgestellt, aus der folgte, dass es zu jedem Teilchen ein Antiteilchen geben müsse. Beim Elektron stimmte das — das Positron wurde 1932 gefunden.

Majorana fragte, ob es auch anders gehe. Er zeigte, dass für elektrisch neutrale Teilchen eine Gleichung existiert, bei der Teilchen und Antiteilchen dasselbe sind. Ein solches Teilchen heißt heute Majorana-Fermion.

Für geladene Teilchen scheidet das aus — ein Elektron kann kein Positron sein, die Ladungen widersprechen sich. Das Neutrino aber ist neutral. Bei ihm ist Majoranas Möglichkeit offen.

Er selbst hielt sie ausdrücklich für auf das Neutrino anwendbar.

Das Verschwinden

Am 25. März 1938 hob Majorana in Neapel, wo er lehrte, seine Ersparnisse ab und bestieg das Schiff nach Palermo. Von dort schickte er zwei widersprüchliche Nachrichten — eine, die als Abschiedsbrief gelesen werden kann, und eine zweite, die ihn zurücknimmt. Am 27. März bestieg er das Schiff zurück nach Neapel. Dort kam er nie an.

Untersuchungen ergaben nichts. Über die Jahrzehnte wurden mehrere Erklärungen vorgebracht: Selbsttötung, Rückzug in ein Kloster, Auswanderung nach Südamerika. Eine italienische Staatsanwaltschaft kam 2015 nach Prüfung von Zeugenaussagen zu dem Schluss, er habe zwischenzeitlich in Venezuela gelebt. Gesichert ist keine dieser Versionen.

Majorana war 31 Jahre alt.

Warum seine Frage heute zählt

Seit die Neutrinooszillation belegt, dass Neutrinos Masse besitzen, ist Majoranas Vorschlag keine Spielerei mehr, sondern eine der zentralen offenen Fragen der Teilchenphysik.

Wäre das Neutrino ein Majorana-Teilchen, so wäre die Leptonzahl keine strenge Erhaltungsgröße. Das öffnete den Weg zum Seesaw-Mechanismus, der die Winzigkeit der Neutrinomasse erklären könnte — und über die Leptogenese zu einer Erklärung, warum das Weltall aus Materie besteht.

Entscheiden ließe sich die Frage durch den neutrinolosen Doppelbetazerfall. Weltweit suchen mehrere Experimente danach; gefunden hat ihn keines.

Nachwirkung

Der Begriff Majorana-Fermion ist längst über die Teilchenphysik hinaus gewandert. In der Festkörperphysik werden Anregungen in Supraleitern untersucht, die sich formal wie Majorana-Teilchen verhalten und für die Entwicklung fehlertoleranter Quantenrechner interessant sind.

Damit wirkt eine Arbeit von neun Seiten aus dem Jahr 1937 heute in zwei Fachgebieten fort, die es damals beide nicht gab.

Quellen

E. Majorana: Teoria simmetrica dell'elettrone e del positrone, Il Nuovo Cimento 14, 171 (1937).
E. Amaldi: Ettore Majorana: Man and scientist, in Strong and Weak Interactions, Academic Press (1966).