Entdecker des Mößbauer-Effekts wird 80

30.01.2009 | München
Auch nach 50 Jahren ist die 1958 publizierte Entdeckung des Physikers Rudolf Mößbauer noch immer aktuell: Überall auf der Erde und sogar auf dem Mars wird die von ihm entwickelte Methode der rückstoßfreien Kernresonanz-Absorption eingesetzt. Am 31. Januar wird Mößbauer 80 Jahre alt. Professor Wolfgang A. Herrmann gratuliert und würdigt das langjährige Wirken des Nobelpreisträgers für die Technische Universität München.

Wenn man der Kristallstruktur des Hämoglobins glaubt, könnten Sauerstoff und Eisenatom nicht zusammen kommen. Und doch ist der Komplex aus Eisen und Sauerstoff die chemische Reaktion, die uns alle am Leben erhält, indem das Hämoglobin den an das Eisenatom fixierten Sauerstoff von der Lunge in die Körperzellen transportiert. Mit der von Mößbauer entwickelten Spektroskopie kann man zeigen, dass das Sauerstoffatom tatsächlich an das Eisen gebunden ist, und man kann zeigen, wie beweglich das Hämoglobin ist. Bei diesen Bewegungen öffnen sich Kanäle, durch die der Sauerstoff dann doch zum Eisen gelangt.

Die Mößbauer-Spektroskopie wird in vielen Bereichen der Forschung eingesetzt. Mit ihrer Hilfe werden Katalysatoren weiter entwickelt und Supraleiter untersucht. Auch die jüngst auf dem Mars gelandeten Roboter "Spirit" und "Opportunity" haben unter anderem Mößbauer-Spektrometer an Bord. Mit diesen entdeckten die Rover auf ihren kilometerlangen Touren unter anderem Minerale, die nur in Gegenwart von Wasser entstehen und konnten so beweisen, dass es auf dem Mars einst nicht nur Wasser sondern auch eine viel sauerstoffreichere Atmosphäre als heute gegeben haben muss.

Den Mößbauer-Effekt erklärt Physiker-Kollege Francisco E. Fujita so: Will ein Junge von einem kleinen Boot an Land springen, so landet er im Wasser, weil das Boot durch den Rückstoß beim Absprung nach hinten weg fährt. Liegt das Boot in einem zugefrorenen See, so kann das Boot nicht weg und der Junge landet sicher am Ufer. Mößbauer nahm statt eines Bootes Iridium-191-Atome, die Gammastrahlung aussenden. Wie der Junge überträgt das davon eilende Gamma-Teilchen einen gewaltigen Stoß auf das Atom und verliert dabei etwas Energie. Ist das Atom fest in einen Kristall eingebaut, geht es dem Lichtteilchen unter bestimmten Bedingungen wie dem Jungen auf dem zugefrorenen See: Es kann seine ganze Energie mitnehmen. Trifft es nun auf ein exakt gleichartiges Atom, kann es diese Energie übertragen.

Auch die Mößbauer-Spektroskop nutzt diesen Effekt: Um die chemische Bindung des Eisenatoms in unserem roten Blutfarbstoff zu untersuchen, benutzt man Kobalt-57, das bei seiner Umwandlung in Eisen-57 Gamma-Strahlung aussendet. Doch die Eisenatome im Hämoglobin und in der Gamma-Quelle haben unterschiedliche chemische Umgebungen. Der winzige Unterschied reicht aus, um die Energieübertragung vom Gamma-Teilchen zum Eisenatom in der Probe zu verhindern.

Mößbauer fand nun heraus, wie man, wie beim Radio, Sender und Empfänger wieder aufeinander einstimmen kann. Dazu nutzte er den Doppler-Effekt: Das Martinshorn eines auf uns zu rasenden Feuerwehrautos klingt zunächst höher, und wenn das Fahrzeug an uns vorbei gefahren ist tiefer. Genau das realisierte Mößbauer in seinem Versuchsaufbau: Indem er die Gammastrahlenquelle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf die Probe zu oder von ihr weg bewegte, konnte er genau ermitteln, bei welcher Geschwindigkeit wieder eine Absorption eintrat. Und indem er diese Geschwindigkeiten in Energien umrechnete, konnte er sagen, wie das Eisen im Hämoglobin gebunden war.

Quelle: Pressemeldung Technische Universität München

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