Edwin McMillan: Der Mann, der den Planeten nach dem Element benannte

Im Mai 1940 isolierten Edwin McMillan und der Chemiker Philip Abelson an einem Berkeley-Zyklotron, das hauptsächlich zum Zertrümmern von Atomen gebaut worden war, eine Substanz, die noch niemand zuvor gesehen hatte: das erste Element, das jemals jenseits von Uran im Periodensystem erzeugt wurde. Sie nannten es Neptunium, da Neptun der Planet hinter Uranus ist – ein kleiner Scherz mit enormen Folgen, da er das Transuran-Zeitalter einleitete, das bald das Plutonium hervorbringen sollte, das Material im Herzen der Atombombe.

Die Ausbildung eines kalifornischen Physikers

McMillan wurde am 18. September 1907 in Redondo Beach, Kalifornien, als Sohn eines Arztes geboren und wuchs auf, indem er die Wissenschaft fast durch Nähe aufsog. Er erwarb 1928 und 1929 seine Bachelor- und Masterabschlüsse am Caltech und ging dann für seine Promotion in den Osten nach Princeton, die er 1932 bei Edward Condon mit einer Arbeit über die Ablenkung eines Molekularstrahls in einem ungleichmäßigen elektrischen Feld abschloss – ein Stück präziser, instrumentenlastiger Physik, das das experimentelle Temperament vorwegnahm, das er nach Berkeley bringen würde. Er trat 1932 dem Radiation Laboratory der University of California, Berkeley bei und blieb dort in der einen oder anderen Funktion den Rest seiner Karriere, vom Dozenten im Jahr 1935 bis zum ordentlichen Professor 1946 und schließlich zum Direktor des gesamten Labors von 1958 bis 1973.

Neptunium und die Transuran-Grenze

Die Entdeckung von Neptunium beantwortete ein Rätsel, das durch Enrico Fermis frühere Experimente zur Uranbombardierung hinterlassen worden war, bei denen mysteriöse radioaktive Nebenprodukte entstanden waren, die niemand identifizieren konnte. McMillan und Abelson veröffentlichten ihr Ergebnis mit dem schlichten Titel „Radioactive Element 93“ am 27. Mai 1940 in der Physical Review. Es handelte sich nicht um eine isolierte Kuriosität: Die Entdeckung gab Glenn Seaborg, der im selben Labor arbeitete, den direkten Hinweis, der später im selben Jahr zu Plutonium führte. Für diese gemeinsame Erschließung der Transurane teilten sich McMillan und Seaborg den Nobelpreis für Chemie 1951 „für ihre Entdeckungen in der Chemie der Transurane“. McMillans weitere Laborarbeiten umfassten die Identifizierung der Isotope Sauerstoff-15 und Beryllium-10, wobei letzteres durch eine Halbwertszeit von etwa 1,39 Millionen Jahren bemerkenswert ist.

Die Kriegsjahre und die Bombe

McMillans Karriere überschnitt sich direkt mit dem Manhattan-Projekt. Er half bei der Festlegung der technischen Spezifikationen für das neue Labor in Los Alamos, rekrutierte wissenschaftliches Personal, darunter Richard Feynman und Robert Wilson, und fungierte als stellvertretender Leiter der Bemühungen zur Entwicklung einer Kernwaffe vom Kanonentyp, bevor er zur Arbeit am Implosionsdesign wechselte. Er war beim Trinity-Test am 16. Juli 1945 anwesend und beobachtete die erste Detonation eines Geräts, das auf einer Physik basierte, die er selbst mit ermöglicht hatte. Es war eine seltsame Position für einen Mann, dessen wichtigste Entdeckung nur fünf Jahre zuvor öffentlich als eine Frage reiner wissenschaftlicher Neugier bezüglich des Periodensystems dargestellt worden war.

Die Erfindung des Synchrotrons

McMillans zweiter großer Beitrag kam im selben Jahr wie Trinity. 1945 erarbeitete er das Prinzip der „Phasenstabilität“, eine Methode zur Zeitsteuerung der beschleunigenden elektrischen Felder in einem Teilchenbeschleuniger, sodass Teilchen, die etwas zu früh oder zu spät ankommen, automatisch wieder in Synchronität gebracht werden. Die Erkenntnis machte es möglich, Synchrotrone und Synchrozyklotrone zu bauen, die weitaus höhere Energien erreichen konnten als frühere Zyklotrone, deren Teilchen bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit außer Takt mit dem beschleunigenden Feld gerieten. Der sowjetische Physiker Wladimir Weksler (Vladimir Veksler) hatte 1944 eine eng verwandte Idee veröffentlicht, und die beiden Männer – die das Konzept unabhängig voneinander auf gegenüberliegenden Seiten einer geschlossenen Kriegsgrenze entwickelten – teilten sich 1963 den Atoms for Peace Award in Anerkennung dafür.

Spätere Karriere und Ehrungen

McMillan leitete das Radiation Laboratory in Berkeley (später Lawrence Berkeley Laboratory) fünfzehn Jahre lang, war von 1968 bis 1971 Vorsitzender der National Academy of Sciences und arbeitete nach seinem formellen Ruhestand sogar am CERN, wo er 1974 und 1975 zu Experimenten zum magnetischen Moment des Myons beitrug. Er hielt neun US-Patente, darunter für das Synchrozyklotron selbst, und erhielt 1990, ein Jahr vor seinem Tod, die National Medal of Science. Er heiratete 1941 Elsie Walford Blumer; ihre drei Kinder überlebten ihn. Er erlitt 1984 einen Schlaganfall und starb am 7. September 1991 in El Cerrito, Kalifornien, an den Folgen von Diabetes. Seine Nobelpreismedaille befindet sich im National Museum of American History der Smithsonian Institution.

Warum Edwin als Genie bezeichnet wird

McMillans Anspruch auf Genialität ist eher der eines Handwerkers als der eines Visionärs: Er jagte nicht der großen Vereinheitlichung oder einer neuen Materietheorie nach, sondern löste konkrete instrumentelle Probleme – wie man Teilchen synchron hält, wenn sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, wie man ein schwaches radioaktives Signal in Zyklotron-Trümmern identifiziert –, und jede Lösung ordnete zufällig ein Feld neu. Die Würdigung des Nobelkomitees bezog sich auf eine spezifische Entdeckung, nicht auf ein theoretisches Gesamtwerk, und Historiker der Physik haben ihm im Allgemeinen eher ein akribisches, exaktes experimentelles Urteilsvermögen als eine umfassende konzeptionelle Originalität zugeschrieben. Das ehrliche Gegenargument zu jedem „Genie“-Label ist, dass beide seiner wichtigsten Errungenschaften nahe, gleichzeitige Rivalen hatten: Abelson teilte sich das volle Verdienst für Neptunium, und Weksler kam fast zur gleichen Zeit unabhängig zur Phasenstabilität, was darauf hindeutet, dass die Ideen in gewissem Sinne bereit waren, von jedem ausreichend sorgfältigen Experimentator gefunden zu werden, der an demselben Problem arbeitete. Was unbestreitbar ist, ist die Dichte an konsequenten, überprüfbaren Ergebnissen, die McMillan über vier Jahrzehnte an derselben Laborbank produzierte, und die Disziplin, die erforderlich war, um zwei völlig unterschiedliche physikalische Rätsel – Kernchemie und Teilchenbeschleunigung – innerhalb desselben Fünfjahreszeitraums in funktionierende Maschinen zu verwandeln.

Vermächtnis

Jedes moderne Synchrotron, von Krankenhaus-Beschleunigern für die Krebsbehandlung bis zu den Booster-Ringen des Large Hadron Collider, stammt von McMillans Phasenstabilitäts-Erkenntnis ab, und die Entdeckung von Neptunium bleibt das Eröffnungskapitel der Transuranchemie, die die heutige Kernwissenschaft definiert. Sein Neffe, der Physiker John Clauser, sollte später 2022 seinen eigenen Nobelpreis für Physik gewinnen und einen familiären Faden experimenteller Strenge über Generationen hinweg fortführen.