Felix Bloch (23.11.1905-10.9.1983)

Kern, Spin & Resonanz

Felix Bloch wurde 1905 in Zürich in der Schweiz als Sohn jüdischer Eltern geboren. Eigentlich wäre diese Abstammung nicht weiter erwähnenswert, denn es ist nicht überliefert, daß er selbst dem eine Bedeutung beigemessen hätte. Doch sollte dieser Umstand sein Leben entscheidend beeinflussen, gehörte er doch zu der Generation von Wissenschaftlern, die aus diesem Grunde verleumdet und vertrieben wurden von einem »Tausendjährigen Reich«, das in einem Bruchteil dieser Zeit nicht nur Europa in Schutt und Asche legte, sondern auch Deutschland intellektuell ausblutete.

Doch zunächst begann Felix Blochs Weg in der Schweiz, wo er in seiner Geburtsstadt das Gymnasiums und 1924 ein Ingenieurstudium an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH Zürich) aufnahm. Schon im ersten Studienjahr bemerkte er aber, daß er sich viel mehr für Physik und Mathematik interessierte und wechselte die Fakultät.

Vor allem die Theoretische Physik hatte es ihm angetan. Angeregt durch Erwin Schrödinger (1887-1961), der zu jener Zeit an der Universität Zürich unterrichtete, beschäftigte er sich für seine Diplomarbeit mit der Schrödinger-Gleichung. Als Erwin Schrödinger 1927 Zürich verließ, wechselte Felix Bloch nach Leipzig, um sein Studium bei dem gerade zum Professor berufenen Werner Heisenberg (1901-1976) fortzusetzen. 1928 promovierte er über die Quantenmechanik von Elektronen im Kristallgitter. Dabei entwickelte er die Theorie der metallischen Leitung, die mit den Mitteln der klassischen Physik nicht erklärt werden konnte.

1929 ging Felix Bloch als Assistent von Wolfgang Pauli (1900-1958) zurück an die ETH Zürich und in der Folgezeit zu namhaften Größen wie Niels Bohr (1885-1962) und Enrico Fermi (1901-1954).

1931 fand Felix Bloch zurück zu Werner Heisenberg, er galt als dessen »Meisterschüler«. Heftig protestierte »sein Meister«, als 1933 mit der Machtergreifung der Nazis die sogenannte »Jüdische Physik« (Quantenmechanik und Relativitätstheorie) diskreditiert wurde; als »Weißer Jude« mußte der sich dafür beschimpfen lassen. Felix Bloch emigrierte sofort in die Schweiz nach Zürich und erhielt kurz darauf einen Ruf nach Stanford in die USA.

Die neue Umgebung beeinflußte auch seine Herangehens- und Arbeitsweise. Neben dem »Theoretisieren« wuchs sein Interesse am Experimentieren, und das ist es wohl, was sich gewinnbringend miteinander kombinieren muß, um so etwas »okkultes« wie die Kernspinresonanz zu entdecken.

Ausgangspunkt seiner Untersuchungen war der Versuch, das magnetische Moment eines Neutrons nachzuweisen, was für ein einzelnes, elektrisch neutrales Teilchen schon einmal relativ unwahrscheinlich klingt. Zu dem Zeitpunkt wußte man aber schon von den quantenmechanischen Eigenschaften, von Interesse hier der Spin. In Atomkernen mit gerader Neutronenzahl finden sich die Neutronen zu Paaren mit antiparallelem Spin zusammen, bei ungerader Neutronenzahl bleibt eines übrig, daß dem Kern »seinen Spin« verleiht.

Wenn wir unter diesem Spin nun tatsächlich eine Drehbewegung verstehen wollen, erklärt sich alles weitere am besten mit der Vorstellung von einem senkrecht rotierenden Kreisel. Läßt man auf den Spin ein äußeres magnetisches Feld einwirken, entspricht das etwa einem seitlichen Stoß, dem wir unserem Kreisel versetzen und der diesen ins Taumeln versetzt. Diese Ausgleichsbewegung wird als Präzession bezeichnet, die mit der Larmorfrequenz ausgeführt wird. Bestrahlt man den Kern nun mit elektromagnetischer Energie in der Larmorfrequenz, wird man feststellen, daß die Strahlung absorbiert wird (was unter anderem Bedingungen nicht der Fall wäre). Diese Erscheinung wird als Kernspinresonanz bezeichnet.

So unwahrscheinlich die komplizierte Beschreibung die Entdeckung eines derartigen Phänomens erscheinen lassen mag, sie hat ihrer Zeit anscheinend auf der Hand gelegen. 1946 beschrieben Felix Bloch, nachdem er während des II. Weltkrieges in der Frühphase am Atombombenprojekt mitgewirkt hatte, und Edward M. Purcell (1912-1997) gleichzeitig und unabhängig voneinander die Kernspinresonanz und erhielten dafür 1952 gemeinsam den Nobelpreis für Physik.

1954 wurde Felix Bloch erster Generaldirektor der neugegründeten European Organization for Nuclear Research in Genf (CERN: Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire). Im Folgejahr ging er nach Stanford zurück, wo er sich weiterhin mit Magnetismus von Nuklearteilchen und der Anwendung der Kernspinresonanz beschäftigte, die heute als Analyseverfahren in der Stoffchemie, der Physik (NMR) und der Medizin (Kernspin-Tomographie, MRI) nicht mehr wegzudenken ist.

Nach seiner Emeritierung kehrte er 1971 nach Zürich zurück, wo er 1983 starb.
Am 23. November wäre Felix Bloch 100 Jahre alt geworden.


Silke Sorge