Historische Grundlagenfoschung Tuve und Breit: Bahnbrechende Grundlagen für die Radartechnik

Anbieter zum Thema

FAULHABER Antriebssysteme

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

TRACO ELECTRONIC GMBH

Merle Tuve und Gregory Breit waren zwei einflussreiche Physiker des 20. Jahrhunderts, die durch ihre bahnbrechenden Forschungen in der Kernphysik und angewandten Physik nachhaltige Spuren hinterließen. Ihr Beweis der Ionosphäre ermöglichte Fortschritte bei der Entwicklung von Radar-Technologien.

Nachdem wir mit Theodor Schultes bereits das Leben eines deutschen Pioniers der Radartechnik beleuchtet haben, geht es hier um zwei US-Physiker, die parallel zu Schultes vordergründig Grundlagen rund um die Radartechnik zu verantworten hatten. Auch leisteten sie im Sektor der Atomkernphysik wichtige Arbeit.

Es geht es um Merle Antony Tuve, der am 27. Juni 1901 in Canton (South Dakota, USA) geboren wurde, sowie um Gregory Breit, der am 14. Juli 1899 in Nikolajew (heutige Ukraine) das Licht der Welt erblickte und wegen seiner frühen Übersiedlung in die USA ebenfalls als US-Wissenschaftler gilt. Den Schwerpunkt legen wir aber auf Merle Antony Tuve, dessen Vater norwegische Wurzeln hatte und Präsident des von schwedischen Einwanderern gegründeten Augustana College in Illinois war, in dem Tuves Mutter als Musiklehrerin arbeitete.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 5 Bildern

Schon mit 13 Jahren baute Tuve Radiozubehör, und zwar zusammen mit dem gleichaltrigen Ernest Lawrence, der Tuves Nachbar war und später als Atomphysiker den Nobelpreis für die Erfindung und Nutzung des Zyklotrons, einem Teilchenbeschleuniger, erhielt.

Tuves akademische Ausbildung

Nachdem Tuves Vater im Jahr 1918 an einer Grippe verstorben war, zog die Familie nach Minneapolis (Minnesota). Dort begann Tuve an der University of Minnesota ein Studium der Physik, erhielt 1923 seinen Master und arbeitete als Juniorprofessor an der Princeton University (New Jersey). Er promovierte in Baltimore (Maryland) im Jahr 1926 an der Johns Hopkins University. Das Thema seiner Doktorarbeit verdankte Tuve der Freundschaft zur Breit, den er 1923 kennengelernt hatte.

Denn der etwas ältere Breit überzeugte die Universität davon, die erste Kollaboration von Tuve und Breit als Thema für die Doktorarbeit zu akzeptieren – Details zu dieser Zusammenarbeit schildern wir später. Nach seiner Promotion arbeitete Tuve bis zu seinem Tod im Jahr 1982 stets in Washington D.C. in der Carnegie Institution for Science, einer 1902 gegründeten Stiftung, die sich der wissenschaftlichen Forschung widmet. Tuve arbeitete dort in der Abteilung, die sich mit dem Erdmagnetismus beschäftigte und deren Leitung er später dann auch übernahm.

Akademische Anfänge von Breit

Was Gregory Breit angeht, so siedelte der in der heutigen Ukraine geborene Physiker schon früh in die USA über, wo er bereits 1918 einen ersten Abschluss an der Universität Johns Hopkins ablegte und 1921 promovierte. Nach einer kurzen Zeit in den Niederlanden an der Universität Leiden war er für einen ebenfalls kurzen Zeitraum an der Harvard University (Massachusetts) tätig und arbeitete im Jahr 1923 an der University of Minnesota, wo er Tuve kennenlernte.

Auch Breit wechselte zu der Carnegie Institution nach Washington in die Abteilung für Erdmagnetismus, blieb dort allerdings nur von 1924 (bevor Tuve dazustieß) bis zum Jahr 1929. Er wechselte dann zur New York University und war – neben weiteren Tätigkeiten zur Kernphysik, zu denen wir später noch kommen – ab 1947 in Yale, in beiden Fällen als Professor. In Yale wurde er ab 1958 in den besonders hohen Rang des sogenannten Donnerprofessors für Physik eingestuft. 1968 wechselte er zur State University at Buffalo im Bundesstaat New York und beendete seine Laufbahn dort im Jahre 1974.

Tuve und Breit: Freunde forschen

Wir bringen nun die Karrieren von Tuve und Breit zusammen, denn wie schon zuvor angedeutet, haben die beiden befreundeten Wissenschaftler wichtige Grundlagen zur Radartechnik erforscht. Diese Phase lässt sich auf ihre Arbeit in der Carnegie Institution zurückführen, als sich beide mit dem Erdmagnetismus beschäftigten. In diesem Zusammenhang forschten Tuve und Breit rund um Radiowellen sowie die Ionosphäre, die atmosphärische Ebene der Erde, die reich an Ionen und freien Elektronen ist.

Tuve war dabei eher der experimentelle, Breit der theoretische Physiker. Da es in den 1920er-Jahren noch keine Messinstrumente gab, die hinreichend die Existenz der Ionosphäre nachwiesen, wollten Tuve und Breit einen indirekten Nachweis erbringen. Die Annahme, dass Radiowellen sowohl als Boden- als auch als Luftwellen ihr Ziel erreichen, musste in Abhängigkeit der Höhe der Ionenschicht ein Zeitunterschied zwischen der Ankunft der Luft- und Bodenwellen messbar sein. Genau hierzu konnten Tuve und Breit im NRL (Naval Research Laboratory) Experimente durchführen. Das NRL ist ein Forschungslabor der US-Streitkräfte, das sowohl von der US Navy als auch von den US Marines betrieben wird.

Durch die Ergebnisse der Forschungsarbeiten, die tatsächlich die Existenz einer Ionosphäre bewiesen, konnten in der Folge wichtige Erkenntnisse für die Entwicklung von Radartechnologien umgesetzt werden. Die Experimente und Breits Theorien waren die Grundlage für ein neues Forschungsgebiet rund um die Radartechnik. Die Zusammenarbeit Tuves und Breits und die Experimente waren schließlich das Thema von Tuves Doktorarbeit, die wir weiter oben bereits angesprochen hatten.

Kernphysik und Atombomben-Grundlagen

Tuve und Breit beschäftigten sich ebenfalls mit dem Thema Kernphysik. Tuve war im Jahr 1926, dem Jahr seiner Promotion, für kurze Zeit im Cavendish Labor des bekannten neuseeländischen Experimentalphysikers Ernest Rutherford an der Universität von Cambridge (Großbritannien) tätig, um zum Thema zu forschen. Noch im selben Jahr wechselte er auf Anraten Breits und John Flemings in den Bereich des Erdmagnetismus der Carnegie Institution in Washington.

Doch auch dort lag das Thema Kernphysik weiterhin im Interesse von Tuve, der einen 1929 von Robert Jemison Van de Graaff erfundenen Hochspannungsgenerator modifizierte, um Experimente zur Kernphysik durchzuführen. 1933 konnte er zusammen mit zwei weiteren Forschern durch einen 600 Kiloelektronenvolt starken Strahl eine Kernreaktion herbeiführen. Dabei beobachteten sie eine Streuung der Protonen beim chemischen Element Lithium. 1934 erhöhten die Forscher die Leistung des Strahls auf 1,2 Megaelektronenvolt. Tuves Freund Breit konnte anhand einer Auswertung der Experimente zusammen mit dem Physiker Eugene Wigner die Breit-Wigner-Funktion erstellen, die 1936 veröffentlicht wurde und die Resonanzen mathematisch als Lorentzkurve beschreibt.

Nachdem Tuves weitere Experimente wichtige Zusammenhänge zwischen Proton-Proton-Stößen und dem Verhältnis von Protonen und Neutronen nachgewiesen hatten, die ebenfalls durch Breit theoretisch aufgearbeitet wurden, verstärkte Tuve seine Bestrebungen rund um Kernphysik. So konnte er den Van-de-Graaff-Generator bis zum Jahr 1940 auf eine Leistungsfähigkeit von mehr als 4 Megaelektronenvolt modifizieren.

Breits Karriere und Leben nach dem Zweiten Weltkrieg

Bevor wir Tuves Tätigkeiten während und nach dem Zweiten Weltkrieg schildern, widmen wir uns Gregory Breits Karriere ab dem Zeitraum, in dem er Tuves Experimente durch die theoretische Umsetzung begleitete. Breit war um 1940 herum für ein Labor der US Navy tätig und wurde nicht zuletzt wegen seiner theoretischen Kenntnisse zur Kernphysik mit in das Manhattan-Projekt einberufen, das die Entwicklung einer Atombombe zum Ziel hatte. Er war dabei sogar zunächst der Leiter des Projektes, gab diese dann aber im Jahr 1942 an den theoretischen Physiker Robert Oppenheimer ab.

Breit koordinierte stattdessen ein Projekt zum Thema Schnelle Neutronen und war von 1943 bis 1945 als Chefphysiker in einem Ballistiklabor der US-Army in Maryland tätig. Breits weitere Tätigkeiten nach Ende des Zweiten Weltkriegs in Yale sowie von 1968 bis 1974 an der University at Buffalo hatten wir bereits geschildert. Geehrt wurde Breit unter anderem durch die Wahl in die American Academy of Arts und Sciences im Jahr 1951, durch die Franklin Medal und National Medal of Science in den Jahren 1964 respektive 1967. 1969 zeichnete man ihn mit dem Tom-W-Bonner-Preis für Kernphysik aus. Als emeritierter Professor der University at Buffalo verstarb Gregory Breit am 11. September des Jahres 1981 in Salem (Oregon).

Tuves Karriere im und nach dem Zweiten Weltkrieg

1940, mitten im Zweiten Weltkrieg und vor allem durch die Luftangriffe der Deutschen auf England angespornt, entwickelte Tuve einen Näherungszünder für Flugabwehr-Granaten. Dafür musste man allerdings Vakuumröhren produzieren, die starken Kräften widerstehen. 1942 konnten entsprechende Luftabwehrgeschosse schließlich nach erfolgreichen Tests auch massenhaft produziert werden, und Tuve selbst wurde mit der Leitung der Produktion beauftragt. Bis zum Ende des Zweiten Weltkriegs wurden in mehr als 100 Fabriken etwa 22 Millionen Stück von Tuves Munition produziert, die für den Verlauf des Krieges eine wichtige Rolle gespielt haben sollen. Tuve sah sich dabei stets als ein Teil eines Teams und nicht als separater Erfinder.

Er wurde von den USA mit der Medal of Merit, der damals höchsten Auszeichnung für Zivilisten, sowie von Großbritannien als Ehrenkommandant mit dem Orden des Britischen Empires geehrt. Tuve hatte bewiesen, dass er

als Leiter für Großprojekte und Unternehmen geeignet war – trotzdem widmete er sich nach Kriegsende wieder dem Bereich des Erdmagnetismus in Washington, wo er ohne große Budgets und mit einer Zahl von nur 15 Mitarbeitern auskam. Nachdem sich der Fachbereich mehr in Richtung der allgemeinen Physik ausgerichtet hatte, konnten die Teams, die Tuve betreute, deutlich mehr Fortschritte erzielen.

Unter Tuves Leitung entstanden präzise Methoden, um das Alter von Gestein zu bestimmen; es gab auch Forschungserfolge zur Elektrizität während Gewittern. Zudem konnten Tuve und seine Mitarbeiter die kosmische Strahlung der Sonne nachweisen. Ab 1953 widmete sich Tuve wieder den Radiowellen, was dafür sorgte, dass sein Labor bis zum Jahr 1965 als wichtiger Stützpunkt für die Radioastronomie wurde. Tuve war parallel dazu stets als Berater für verschiedene staatliche und militärische Projekte und Gremien tätig und verstarb schließlich gut einen Monat vor seinem 81. Geburtstag am 20. Mai 1982 in Bethesda (Maryland). Tuve wurde von 1931 bis 1966 mehrfach durch Mitgliedschaften in wissenschaftlichen Gesellschaften, Medaillen und insgesamt sieben Ehrendoktor-Titel geehrt, zudem benannte der Arktisforscher Finn Ronne, der über zwei Jahre vor Tuve ebenfalls in Bethesda verstarb, einen Berg an der Westküste der Antarktis als „Mount Tuve“. (sb)

Funkmessgeräte

Theodor Schultes: Pionier der deutschen Radartechnik

100 Jahre Rundfunk in Deutschland

Die Technik hinter der Runkfunk-Revolution

(ID:50049221)