Martin Perl

Martin Lewis Perl (24. Juni 1927 – 30. September 2014) war ein US-amerikanischer Physiker. Er entdeckte das Tau-Lepton und öffnete damit die dritte Familie der Materieteilchen — zu der auch das Tau-Neutrino gehört.

1995 erhielt er den Nobelpreis für Physik, gemeinsam mit Frederick Reines. Die Akademie ehrte beide für „bahnbrechende experimentelle Beiträge zur Leptonenphysik".

Vom Ingenieur zum Physiker

Perl wuchs in Brooklyn als Sohn jüdischer Einwanderer auf. Er studierte zunächst Chemieingenieurwesen und arbeitete einige Jahre für General Electric, wo er unter anderem Elektronenröhren entwickelte.

Erst danach entschloss er sich, Physik zu studieren. 1955 wurde er an der Columbia University promoviert — bei Isidor Rabi, in einer Arbeitsgruppe, aus der auch Leon Lederman hervorging.

1963 ging er an das Stanford Linear Accelerator Center, wo er bis zuletzt blieb.

Die eigentümlichen Ereignisse

Mitte der 1970er Jahre untersuchte Perl am Speicherring SPEAR Zusammenstöße von Elektronen und Positronen.

Dabei fielen ihm Ereignisse auf, die nicht ins Bild passten: Aus der Kollision gingen ein Elektron und ein Myon mit entgegengesetzter Ladung hervor — und sonst nichts Sichtbares.

Solche Ereignisse schienen die Erhaltung der Leptonzahl je Familie zu verletzen, denn ein Elektron und ein Myon gehören verschiedenen Familien an.

Perls Deutung: Es entstehen zwei schwere, kurzlebige Leptonen. Jedes zerfällt für sich weiter — eines in ein Elektron, das andere in ein Myon —, und dabei werden unsichtbare Neutrinos frei, die die Bilanz retten.

Drei Jahre Widerstand

Die Fachwelt war skeptisch, und das aus nachvollziehbaren Gründen.

Ein neues Lepton war nicht vorgesehen; zwei Familien schienen zu genügen. Und die Signatur — zwei geladene Teilchen und viel fehlende Energie — ließ sich auch durch bekannte Vorgänge erklären, etwa durch Zerfälle von Teilchen mit Charm-Quarks, die kurz zuvor entdeckt worden waren.

Zwischen den ersten Hinweisen 1974 und der allgemeinen Anerkennung vergingen rund drei Jahre. Perl musste seine Auswertung immer wieder verteidigen, den Untergrund genauer bestimmen und zeigen, dass keine bekannte Erklärung ausreicht.

Das neue Teilchen erhielt den Namen Tau, nach dem griechischen Anfangsbuchstaben von triton — „das dritte".

Warum das die Neutrinophysik betrifft

Zu jedem geladenen Lepton gehört ein eigenes Neutrino. Mit dem Tau-Lepton war also ein drittes zu erwarten.

Zwei Bestätigungen folgten. Am CERN zeigte sich 1989 aus der Zerfallsbreite des Z-Bosons, dass es genau drei leichte Neutrinoarten gibt. Und im Jahr 2000 wies DONUT am Fermilab das Tau-Neutrino direkt nach.

Damit war die Teilchenfamilie vollständig — und die Grundlage gelegt für die Neutrinooszillation, die als Übergang zwischen genau diesen drei Arten beschrieben wird und in der PMNS-Matrix ihre mathematische Form findet.

Weitere Arbeiten

Perl blieb ein Freund unbequemer Fragen. Er suchte jahrzehntelang nach freien Quarks mit drittelzahliger Ladung — mit einem Verfahren, das an Millikans berühmten Öltröpfchenversuch angelehnt war.

Gefunden hat er keine. Er hielt die Suche dennoch für lohnend, weil ein Fund alles verändert hätte: Freie Quarks kommen nach heutigem Verständnis nicht vor, und ein einziges würde die Theorie der starken Wechselwirkung umstoßen.

Er engagierte sich zudem für die Förderung junger Forschender und sprach offen darüber, wie lange es gedauert hatte, bis seine eigene Entdeckung angenommen wurde.

Einordnung

Perls Fall zeigt, wie wissenschaftliche Anerkennung tatsächlich zustande kommt: nicht durch einen Augenblick, sondern durch beharrliches Nachliefern von Belegen, bis keine andere Erklärung mehr bleibt.

Dass zwischen seiner Entdeckung 1975 und dem direkten Nachweis des zugehörigen Neutrinos 25 Jahre lagen, sagt zugleich viel über die Schwierigkeit dieses Forschungsfelds.

Quellen

M. L. Perl u. a.: Evidence for Anomalous Lepton Production in e⁺–e⁻ Annihilation, Physical Review Letters 35, 1489 (1975).
Nobelstiftung: Nobelpreis für Physik 1995, Begründung und Nobelvortrag.