Beck Wissen - Antimaterie - Auf der Suche nach der Gegenwelt

Lösung vorsichtig einen Tropfen auf eine Wasseroberfläche. Sofort breitet sich die leichtere Flüssigkeit über dem Wasser aus und bildet einen Fleck. Wenn das Benzin verdunstet ist, bleibt eine dünne Ölschicht von etwa 10 cm Durchmesser zurück. Die Moleküle des Öls können nicht größer sein als die Dicke der Schicht, die man aus dem Volumen der ursprünglichen Ölmenge und dem Durchmesser des Flecks berechnen kann.“ {1} Man findet, daß die Schicht nur einige zehnmillionstel Millimeter dick ist.
    Daß die Stoffe aus Atomen und Molekülen aufgebaut sind, war nun mehr als plausibel. Doch ein Beweis im Sinne exakter Wissenschaft war das noch immer nicht. Aber bald erbrachte die Forschung neue Hinweise auf die atomistische Struktur der Materie.
     
     
Rätselhafte Katodenstrahlen
     
    In den Laboratorien der Physiker wurden nach der Mitte des 19. Jahrhunderts zunehmend Experimente über den Durchgang von Elektrizität durch Gase gemacht. Die Erfindung der Quecksilberluftpumpe ebenso wie die etwa zeitgleiche des Funkeninduktors gestatteten völlig neuartige Versuche. Die Natur hatte seit eh und je vorgemacht, was jetzt auch in den Labors möglich wurde: die Erzeugung künstlicher „Gewitter“. Der Funkeninduktor erzeugte die hohen Spannungen, und die Pumpen erlaubten es, stark verdünnte Luft in verschlossenen
     

    Abb. 1: Experiment zum Nachweis der geradlinigen Ausbreitung von Katodenstrahlen (K - Katode, A - Anode)
     
    Glasröhren aufzubewahren. Legte man an eine solche Glasröhre eine hohe Spannung zwischen Katode (elektrisch negativ geladener Pol) und Anode (positiv geladener Pol), so traten merkwürdige Leuchterscheinungen auf. Die Glaswand nahe der Anode zeigte ein mystisches Glimmen, so als ob sich von der Katode zur Anode Strahlen ausbreiteten, die selbst zwar unsichtbar blieben, aber auf der Glaswand ihre Spuren hinterließen. Diese Katodenstrahlen wurden von einigen Forschern als Wellenausbreitung im Äther, von anderen als ein Strom elektrisch geladener Teilchen angesehen. Einschlägige Versuche machten bald deutlich, daß die Teilchenanhänger im Recht waren: Brachte man nämlich ein undurchdringliches Hindernis in den Raum zwischen Katode und Anode, so zeigte sich auf der leuchtenden Glaswand ein Schatten - ganz als befände sich in der Katodenmitte eine Lichtquelle. Doch ein Stabmagnet konnte die Lage dieses Schattens deutlich beeinflussen, d.h., die rätselhaften Strahlen mußten aus elektrisch geladenen Teilchen bestehen. Der Ablenkungssinn ließ erkennen, daß es sich um elektrisch negativ geladene Partikel handeln mußte. Der berühmte englische Experimentalphysiker William Crookes hatte bei seinen Untersuchungen über Katodenstrahlen sogar festgestellt, daß sie kleine drehbare Flügelrädchen im Innern der evakuierten Röhre in Drehung zu bringen vermochten. Für ihn war deshalb klar, daß es sich um einen Teilchenstrom handeln mußte. Daß diese Teilchen mit
     

    Abb. 2: Experiment zum Nachweis  der elektrischen  Ladung von Katodenstrahlen (K - Katode, A - Anode, M - Magnet)
     
    den vermuteten Atomen selbst identisch sind, konnte nun allerdings nicht mehr aufrechterhalten werden, denn die Atome waren ja nach außen elektrisch neutral und konnten deshalb auch nicht auf Magnetfelder reagieren.
    Doch vielleicht waren jene elektrisch negativ geladenen Partikel Bestandteile von Atomen? Das vermutete jedenfalls der englische Physiker William Thomson (Lord Kelvin). Und für einen Namen dieses elektrisch negativ geladenen Teilchens war auch schon gesorgt: Der irische Physiker George Johnstone Stoney nannte die elektrische Elementarladung Elektron! George Francis Fitzgerald ging noch einen Schritt weiter und verwendete diesen terminus direkt für die Teilchen der Katodenstrahlung.
    Weitere Experimente mit Katodenstrahlen führten bald zu folgenschweren Erkenntnissen: Bringt man nämlich am Ende einer Katodenstrahlröhre ein Fenster aus einem dünnen Aluminiumblech an, so lassen sich die Elektronen auch außerhalb der Röhre - hinter dem Aluminiumfenster - nachweisen. Bei den hypothetischen Atomen, die in vielerlei Versuchen plausibel gemacht worden waren, mußte es sich um äußerst winzige Gebilde handeln. Selbst in einer Aluminiumschicht von nur einem tausendstel Millimeter Dicke sollten sich demnach rd. zehntausend Atomschichten übereinander befinden. Wie konnten dann aber die Elektronen durch diese Wand nach außen gelangen und außerdem noch einige Zentimeter in die umgebende Luft