Masatoshi Koshiba

Masatoshi Koshiba (小柴昌俊, 19. September 1926 – 12. November 2020) war ein japanischer Physiker. Er baute den Detektor, mit dem 1987 zum ersten Mal Neutrinos aus einer Supernova nachgewiesen wurden, und begründete damit die Neutrinoastronomie. 2002 erhielt er den Nobelpreis für Physik.

Ein unwahrscheinlicher Werdegang

Koshiba erkrankte als Kind an Kinderlähmung und behielt eine gelähmte rechte Hand zurück. Der Weg zum Militär, den viele seiner Mitschüler einschlugen, war ihm damit versperrt.

Er studierte Physik an der Universität Tokio und schloss dort mit bemerkenswert schlechten Noten ab — eine Tatsache, die er später bei Vorträgen gern selbst erwähnte, mitsamt dem Zeugnis. Danach ging er in die Vereinigten Staaten und wurde 1955 an der University of Rochester promoviert, wo er sich mit kosmischer Strahlung befasste.

1970 wurde er Professor an der Universität Tokio.

Kamiokande: gebaut für die falsche Frage

Anfang der 1980er Jahre setzte Koshiba einen Detektor durch, der eine ganz andere Aufgabe hatte, als die, für die er berühmt wurde. Große vereinheitlichte Theorien sagten voraus, dass Protonen zerfallen — extrem selten, aber messbar, wenn man nur genug davon beisammenhat.

Der Name sagt es: Kamioka Nucleon Decay Experiment, kurz Kamiokande. Dreitausend Tonnen Wasser in einer Zinkmine, 1.000 Meter unter Tage, umgeben von etwa tausend Photovervielfachern.

Der Protonenzerfall wurde nie beobachtet. Er ist bis heute nicht gefunden.

Koshiba erkannte jedoch, dass dieselbe Anlage etwas anderes könnte, wenn man sie empfindlicher machte: Sonnenneutrinos messen — und zwar in Echtzeit und mit Richtungsangabe, was das Homestake-Experiment mit seinem Chlortank nicht vermochte. Der Umbau zu Kamiokande-II war Ende 1986 abgeschlossen.

Der 23. Februar 1987

Wenige Wochen später explodierte in der Großen Magellanschen Wolke ein Stern, rund 168.000 Lichtjahre entfernt. Es war die erste mit bloßem Auge sichtbare Supernova seit 1604.

Kamiokande-II registrierte an diesem Tag innerhalb von 13 Sekunden elf Neutrinos. Zeitgleich sah der Detektor IMB in einer Salzmine in Ohio acht weitere, das Baksan-Observatorium im Kaukasus fünf. Zusammen 24 Ereignisse — und mit ihnen ein neues Fachgebiet.

Der zeitliche Zufall ist kaum zu überschätzen. Wäre der Umbau ein halbes Jahr später fertig geworden, hätte niemand etwas gesehen. Koshiba selbst hat später gesagt, er habe in diesen Tagen begriffen, wie viel in der Wissenschaft vom Glück abhängt — und wie wenig man daran ändern könne, außer bereit zu sein.

Bemerkenswert ist auch, was die Ereignisse zeigten: Die Neutrinos trafen Stunden vor dem Licht ein. Sie verlassen den kollabierenden Sternkern sofort, während sich das Licht erst durch die äußeren Hüllen arbeiten muss. Was wie ein Widerspruch klingt, ist eine Bestätigung des Modells vom Kernkollaps.

Sonnenneutrinos mit Richtung

Kamiokande löste zudem eine Frage, die seit Jahrzehnten offen war. Davis' Tank in South Dakota zählte Atome und lieferte eine Summe über Wochen. Ob die gezählten Neutrinos wirklich von der Sonne kamen, ließ sich daraus nicht ablesen.

Kamiokande sah die Richtung. Und die Neutrinos kamen aus der Richtung der Sonne. Damit war das solare Neutrinoproblem endgültig ein Problem der Physik und nicht mehr eines der Messtechnik.

Nobelpreis und Nachwirkung

Den Nobelpreis 2002 teilte Koshiba mit Raymond Davis — die beiden Männer, deren Detektoren dasselbe Rätsel von zwei Seiten angingen — und mit Riccardo Giacconi für die Röntgenastronomie.

Sein wichtigstes Vermächtnis ist jedoch keine Messung, sondern eine Schule. Aus seiner Arbeitsgruppe ging Takaaki Kajita hervor, der 2015 selbst den Nobelpreis erhielt. Und aus Kamiokande wurde Super-Kamiokande, dessen Nachfolger Hyper-Kamiokande derzeit gebaut wird.

Koshiba starb 2020 im Alter von 94 Jahren.

Quellen

K. Hirata u. a. (Kamiokande-II): Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A, Physical Review Letters 58, 1490 (1987).
Nobelstiftung: Nobelpreis für Physik 2002, Begründung und Nobelvortrag Masatoshi Koshiba.