John Bahcall

John Norris Bahcall (30. Dezember 1934 – 17. August 2005) war ein US-amerikanischer Astrophysiker. Er berechnete, wie viele Neutrinos die Sonne aussendet — und hielt an dieser Rechnung fest, als das Experiment über drei Jahrzehnte etwas anderes zu sagen schien.

Am Ende behielt er recht. Die Sonne war richtig gerechnet; die Neutrinos hatten sich auf dem Weg verwandelt.

Das Standard-Sonnenmodell

Bahcall arbeitete ab 1971 am Institute for Advanced Study in Princeton. Sein Lebenswerk ist das Standard-Sonnenmodell: eine Rechnung, die aus der Masse, der Zusammensetzung und dem Alter der Sonne herleitet, welche Kernreaktionen in ihrem Inneren ablaufen und wie viele Neutrinos sie dabei freisetzen.

Das ist keine kleine Aufgabe. Es geht um Reaktionsraten, Opazitäten, Elementhäufigkeiten und den Aufbau eines Sterns über Milliarden Jahre. Bahcall verbesserte dieses Modell über vierzig Jahre hinweg immer weiter und gab dabei stets an, wie genau seine Zahlen waren.

Die Zusammenarbeit mit Raymond Davis

Anfang der 1960er Jahre rechnete Bahcall aus, wie viele Argonatome ein Tank mit Perchlorethylen aufnehmen würde, wenn man ihn tief unter die Erde stellt. Diese Zahl gab Raymond Davis die Grundlage für das Homestake-Experiment.

Die beiden bildeten ein ungewöhnliches Gespann: Bahcall der Theoretiker, der sagte, wie viel zu erwarten sei, Davis der Chemiker, der nachsah. Ihre Zusammenarbeit dauerte mehr als dreißig Jahre.

Das solare Neutrinoproblem

Als Davis ab 1968 Ergebnisse vorlegte, fand er nur etwa ein Drittel der von Bahcall vorhergesagten Neutrinos. Damit begann das solare Neutrinoproblem.

Für Bahcall waren das schwierige Jahre. Die naheliegende Erklärung lautete schlicht, seine Rechnung sei falsch, und viele Kollegen glaubten genau das. Er prüfte sein Modell immer wieder nach, verfeinerte es, verglich es mit anderen Messgrößen — und kam jedes Mal auf dasselbe Ergebnis.

Besonders überzeugend wurde seine Position durch die Helioseismologie: Aus den Schwingungen der Sonnenoberfläche lässt sich ihr innerer Aufbau bestimmen, unabhängig von Neutrinos. Die Messungen bestätigten Bahcalls Modell mit hoher Genauigkeit. Damit war klar: Wenn die Sonne stimmt, muss etwas mit den Neutrinos geschehen.

Die Auflösung

2001 und 2002 zeigte das Sudbury Neutrino Observatory, dass die fehlenden Neutrinos nicht verschwunden, sondern nur umgewandelt waren. Zählt man alle drei Arten zusammen, ergibt sich genau die Zahl, die Bahcall vorhergesagt hatte.

Auf die Frage, wie er sich fühle, antwortete er, es sei, als hätte man dreißig Jahre lang behauptet, die Erde sei rund — und dann kehre jemand von einer Weltumsegelung zurück.

Nachwirkung

Der Nobelpreis für Physik 2002 ging an Davis und Masatoshi Koshiba; Bahcall, der Theoretiker, wurde nicht berücksichtigt. In der Fachwelt gilt das bis heute als Lücke. Er selbst äußerte sich darüber nie verbittert und setzte sich stattdessen dafür ein, dass Davis geehrt wurde.

Bahcall war zudem einer der entschiedensten Fürsprecher des Hubble-Weltraumteleskops und half maßgeblich, es politisch durchzusetzen.

Sein Beispiel steht für eine Haltung, die auch außerhalb der Physik trägt: Eine sorgfältig gerechnete Vorhersage nicht wegzuwerfen, nur weil die erste Messung nicht passt — sondern beides so lange zu prüfen, bis sich zeigt, wo der eigentliche Fund liegt.

Quellen

J. N. Bahcall, M. H. Pinsonneault, S. Basu: Solar Models: Current Epoch and Time Dependences, Neutrinos, and Helioseismological Properties, The Astrophysical Journal 555, 990 (2001).
Institute for Advanced Study, Princeton: Nachruf auf John N. Bahcall, 2005.