Masatoshi Koshiba: Der Mann, der einen Stern sterben hörte

Ein Tank mit ultrareinem Wasser, tief in einer japanischen Mine vergraben und gebaut, um den Zerfall von Protonen zu beobachten, fing etwas völlig anderes ein: eine Handvoll Geisterteilchen, die von einem explodierenden Stern in der Großen Magellanschen Wolke stammten. In diesem Augenblick im Jahr 1987 erwarb die Astronomie einen zweiten Sinn. Zum ersten Mal wurde ein kosmisches Ereignis durch etwas anderes als Licht beobachtet, und die Neutrino-Astronomie war geboren. Der Physiker, der darauf bestanden hatte, dass der Detektor auf diese Weise gebaut wurde, war als Student fast am Ende seiner Klasse gewesen.

Frühes Leben

Koshiba wurde am 19. September 1926 in Toyohashi als Sohn von Toshio, einem Militäroffizier, und Hayako Koshiba geboren. Seine Mutter starb, als er drei Jahre alt war, und sein Vater heiratete ihre ältere Schwester. Er wuchs in Yokosuka auf und besuchte die High School in Tokio. Seine erste Leidenschaft war die deutsche Literatur, nicht die Physik; er wechselte das Fach, wie er selbst sagte, als Reaktion auf die entmutigenden Bemerkungen eines Lehrers – ein Akt der Bosheit, der eine Karriere in eine neue Richtung lenkte. An der Ersten Höheren Schule hatte er akademisch so große Schwierigkeiten, dass er Nachhilfe von seinem Mitbewohner Kozo Kuchitsu benötigte.

Ausbildung

Er schloss 1951 sein Studium an der Universität Tokio ab und ging als Fulbright-Stipendiat in die Vereinigten Staaten, wo er 1955 an der University of Rochester in Physik promovierte. Von 1955 bis 1958 folgte eine wissenschaftliche Mitarbeit an der University of Chicago, und von 1959 bis 1962 war er amtierender Direktor des Labors für Hochenergiephysik und kosmische Strahlung in Chicago. Sein Mentor in Japan war Sin-Itiro Tomonaga, selbst Nobelpreisträger, der auch als Heiratsvermittler für Koshibas Ehe fungierte. Er heiratete Kyoko Kato, eine Kuratorin eines Kunstmuseums, in den späten 1950er Jahren; sie hatten einen Sohn und eine Tochter.

Er kehrte 1958 als außerordentlicher Professor an das Institut für Kernstudien der Universität Tokio zurück, erhielt 1970 eine volle Professur und wurde 1987 emeritiert. Danach lehrte er von 1987 bis 1997 an der Tokai-Universität und war später als leitender Berater des Internationalen Zentrums für Elementarteilchenphysik tätig.

Kamiokande

Der Detektor, den Koshiba zusammen mit Masayuki Nakahata und Atsuto Suzuki entwarf, sollte eine andere Frage beantworten: ob Protonen zerfallen, wie einige große vereinheitlichte Theorien vorhersagten. Kamiokande sah nie ein Proton sterben. Was er jedoch konnte, sobald er angepasst war, war die Registrierung von Neutrinos – Teilchen, die so schwach interagieren, dass Billionen von ihnen jede Sekunde ohne Wirkung durch einen menschlichen Körper fliegen, und die daher Tausende von Tonnen abgeschirmtes Wasser und eine Armee von Photomultiplier-Röhren erfordern, um auch nur einige wenige einzufangen.

Er bestätigte, dass Neutrinos durch Kernfusion in der Sonne erzeugt werden, was eine direkte Beobachtung des Prozesses war, der den Stern antreibt. Er zählte auch weniger davon, als die Solartheorie forderte. Dieses Defizit – das solare Neutrinoproblem – wurde zu einer der schärfsten Anomalien in der Physik: Entweder war das Modell der Sonne falsch, oder mit den Neutrinos geschah auf dem Weg etwas.

Supernova 1987A

Dann, im Jahr 1987, explodierte ein Stern in der Großen Magellanschen Wolke und Kamiokande registrierte seine Neutrinos. Die Bedeutung ist kaum zu überschätzen. Jede frühere Beobachtung des Universums war mit elektromagnetischer Strahlung gemacht worden. Hier war ein gewaltsamer Sternentod, über den Teilchen berichteten, die aus dem kollabierenden Kern selbst geströmt waren und Informationen trugen, die kein Photon liefern konnte. Die Neutrino-Astronomie begann mit dieser Entdeckung.

Super-Kamiokande

Ein größerer Nachfolger, Super-Kamiokande, ging 1996 in Betrieb und klärte die Frage der solaren Neutrinos. Er demonstrierte die Neutrino-Oszillation – dass Neutrinos während des Fluges zwischen ihren drei Typen wechseln. Die Sonne produzierte genau so viele, wie die Theorie besagte; frühere Detektoren waren einfach blind für die Varietäten gewesen, in die sie sich unterwegs verwandelt hatten. Da nur Teilchen mit Masse oszillieren können, widerlegte das Ergebnis die gängige Annahme, dass das Neutrino masselos ist, und erzwang eine Überarbeitung des Standardmodells.

Anerkennung

Ehrungen kamen stetig: das Bundesverdienstkreuz der Bundesrepublik Deutschland 1985, die Asahi- und Nishina-Gedächtnispreise 1987, der Preis der Japanischen Akademie 1989, der Humboldt-Forschungspreis und der japanische Kulturorden 1997, der Wolf-Preis für Physik 2000. Im Jahr 2002 teilte er sich den Nobelpreis für Physik mit Raymond Davis Jr. und Riccardo Giacconi „für bahnbrechende Beiträge zur Astrophysik, insbesondere für die Entdeckung kosmischer Neutrinos“, zusammen mit dem Panofsky-Preis in jenem Jahr und der Benjamin-Franklin-Medaille 2003. Am Tag nach der Bekanntgabe seines Nobelpreises gewann der Chemiker Koichi Tanaka den Chemiepreis – der kürzeste Abstand zwischen Nobelpreisen für japanische Empfänger überhaupt.

Er wurde 2002 zum Ehrenbürger von Suginami und 2003 von Tokio ernannt, zum Fellow der American Physical Society gewählt und erhielt 2003 das Große Band des Ordens der Aufgehenden Sonne. Die Koshiba-Halle wurde 2005 an der Universität Tokio eröffnet, und der Koshiba-Preis wurde 2003 ins Leben gerufen.

Spätere Jahre

Koshibas Vertrauen in seine Studenten war berühmt und spezifisch. „Unter den Schülern, die meine Arbeit geerbt haben, sind zwei würdig, den Nobelpreis zu erhalten“, sagte er und meinte damit Yoji Totsuka und Takaaki Kajita. Kajita erhielt 2015 den Physikpreis für die Arbeit an den Oszillationen; Totsuka erlebte es nicht mehr, einen zu erhalten, und 2010 stiftete Koshiba einen Preis in seinem Namen. Im Ruhestand hörte er Mozart und spielte mit unverhohlener Begeisterung Videospiele, nannte sich selbst den ältesten Gamer der Welt und bezeichnete Final Fantasy als seinen Favoriten. Er starb am 12. November 2020 im Alter von vierundneunzig Jahren im Edogawa-Krankenhaus in Tokio.

Warum Koshiba wichtig ist

Er verwandelte ein Experiment, das bei seinem erklärten Ziel gescheitert war, in eine völlig neue Art, das Universum zu betrachten. Kamiokande und sein Nachfolger machten das Neutrino von einem theoretischen Ärgernis zu einem astronomischen Instrument, lieferten Physikern den ersten harten Beweis dafür, dass Neutrinos Masse haben, und schlugen einen Riss in das Standardmodell, der noch nicht repariert wurde. Der Student der deutschen Literatur, der von seinem Mitbewohner Nachhilfe erhielt, brachte der Welt schließlich bei, Sterne mit etwas anderem als Licht zu beobachten.