Jack Steinberger

Jack Steinberger (25. Mai 1921 – 12. Dezember 2020) war ein deutsch-amerikanischer Physiker. Er gehörte zu den drei Entdeckern des Myon-Neutrinos und erhielt dafür 1988 den Nobelpreis für Physik.

Seine Laufbahn umspannt fast das gesamte Zeitalter der Teilchenphysik — von den ersten Beschleunigern der 1940er Jahre bis zum Large Electron-Positron Collider am CERN.

Flucht und Ausbildung

Steinberger wurde als Hans Jakob Steinberger im fränkischen Bad Kissingen geboren, wo sein Vater Kantor der jüdischen Gemeinde war.

1934 brachten die Eltern ihn und seinen Bruder mit einem Hilfsprogramm für jüdische Kinder in die Vereinigten Staaten. Eine Familie in Chicago nahm ihn auf und ermöglichte ihm die Schule. Die Eltern konnten später folgen.

Er studierte zunächst Chemie, arbeitete zwischenzeitlich als Chemiker in einer Pharmafirma und wechselte erst danach zur Physik. 1948 wurde er an der University of Chicago bei Enrico Fermi promoviert.

Seine Doktorarbeit hatte bereits mit Neutrinos zu tun: Er zeigte, dass beim Zerfall des Myons zwei neutrale Teilchen entstehen und nicht eines — ein früher Hinweis darauf, dass die Neutrinowelt komplizierter ist, als sie schien.

Das Experiment von 1962

An der Columbia University gehörte Steinberger zum Trio, das den ersten Neutrinostrahl baute und damit nachwies, dass es mehr als eine Sorte Neutrinos gibt. Den Aufbau beschreibt die Seite zu Melvin Schwartz.

Steinbergers Beitrag lag vor allem in der Auswertung: darin, aus 51 Ereignissen mit Sicherheit abzuleiten, dass die Abwesenheit von Elektronen kein Zufall war. Bei so kleinen Zahlen entscheidet die statistische Sorgfalt darüber, ob ein Befund trägt — und die war zeitlebens sein Kennzeichen.

CERN

1968 ging Steinberger ans CERN nach Genf und blieb dort für den Rest seiner Laufbahn. Er leitete das Experiment CDHS, das mit Neutrinostrahlen die innere Struktur des Protons vermaß und die Theorie der starken Wechselwirkung prüfte.

Sein letztes großes Vorhaben war ALEPH, einer der vier Detektoren am Large Electron-Positron Collider.

Die Zahl drei

Dort gelang ab 1989 eine Messung von grundsätzlicher Bedeutung.

Ein Z-Boson kann in verschiedene Teilchenpaare zerfallen, darunter in ein Neutrino und sein Antiteilchen. Solche Zerfälle sieht man nicht — aber sie verkürzen die Lebensdauer des Z und verbreitern damit seine Resonanzkurve.

Aus der gemessenen Breite ließ sich also ablesen, wie viele leichte Neutrinoarten es überhaupt gibt.

Die Antwort lautete: drei. Nicht zwei, nicht vier — genau drei. Damit war die Zahl der Teilchenfamilien nicht mehr eine Annahme, sondern ein Messwert.

Bemerkenswert ist die Art der Messung. Man zählt etwas, das man nicht sieht, indem man beobachtet, wie schnell etwas anderes zerfällt. Die Frage nach sterilen Neutrinos bleibt davon unberührt, weil diese sich nicht an das Z-Boson koppeln würden.

Haltung und Alter

Steinberger äußerte sich im Alter regelmäßig zu Klimafragen und zur Verantwortung der Wissenschaft. Er unterschrieb Aufrufe zur Abrüstung und zum Klimaschutz und war bis über neunzig am CERN präsent.

Er starb 2020 mit 99 Jahren in Genf — als einer der letzten, die Fermi noch persönlich gekannt hatten.

Einordnung

Steinbergers Arbeiten ziehen eine Linie durch die Neutrinophysik: von der Erkenntnis, dass beim Myonzerfall zwei neutrale Teilchen entstehen, über den Nachweis der zweiten Neutrinoart bis zur Feststellung, dass es genau drei gibt.

Damit stand die Bühne, auf der die Neutrinooszillation später entdeckt werden konnte. Ohne die Gewissheit über die Zahl der Arten wäre die PMNS-Matrix eine Vermutung geblieben.

Quellen

G. Danby u. a.: Observation of High-Energy Neutrino Reactions and the Existence of Two Kinds of Neutrinos, Physical Review Letters 9, 36 (1962).
ALEPH-Kollaboration: Determination of the Number of Light Neutrino Species, Physics Letters B 231, 519 (1989).