Forschung

Der Mann mit den magischen Geräten

11.07.2016 - Vor hundert Jahren wurde Alexander Michailowitsch Prochorow geboren, der 1964 den Physik-Nobelpreis erhielt.

„Magic devices“ nannte der Sprecher des Nobelkomitees die Erfindung, die Alexander Prochorow und sein Doktorand Nikolai Bassow gemacht hatten. Durch ihre raffinierte Untersuchung fundamentaler Aspekte der Wechsel­wirkung zwischen Materie und Strahlung hätten sie es geschafft, die Atome in einer höchst bemerkenswerten Weise für uns arbeiten zu lassen. Die beiden Russen und der Amerikaner Charles Townes hatten unabhängig voneinander Mitte der 1950er-Jahre das Maser-Prinzip entwickelt und die ersten Geräte gebaut.

Alexander Prochorov wurde am 11. Juli 1916 als Sohn eines vor dem Zarenregime geflohenen russischen Revolutionärs in Australien geboren. Nach der Oktober-Revolution 1923 siedelte der Siebenjährige mit seinen Eltern in die Sowjetunion über. Mehr Privates erfährt man aus seiner 1964 für die Nobel-Foundation verfassten Biographie kaum. Es ist die Zeit des Kalten Krieges – erst 1962 hatte die Welt während der Kuba-Krise den Atem angehalten.

Prochorows Ausbildung war ausgezeichnet: An der Universität Leningrad hörte er die Vorlesungen des führenden russischen Quantentheoretikers Wladimir Fock, der drei Jahre zuvor das erste sowjetische Lehrbuch zur Quantenmechanik verfasst hatte. Für seine Diplomarbeit wechselte der junge Physiker 1939 an das renommierte Lebedev-Institut der sowjetischen Akademie der Wissenschaften in Moskau, wo er im Schwingungs-Laboratorium arbeitete.

Der Zweite Weltkrieg unterbrach seine Ausbildung: 1941 wurde er eingezogen. Er heiratete und zog mit der Roten Armee an die Front. Nach seiner zweiten Verletzung durfte er 1944 ins Labor zurückkehren. Seine Arbeit über die Theorie nichtlinearer Schwingungen schloss er 1946 im Alter von 30 Jahren ab.

1947 begann er seine Doktorarbeit bei Wladimir Weksler, der 1944 unabhängig von dem amerikanischen Physiker Edwin M. McMillan das Synchrotron-Prinzip entwickelt hatte. Weksler leitete zu dieser Zeit den Bau des ersten sowjetischen Synchrotrons. Er schlug Prochorov vor, sich mit der Erzeugung kohärenter Millimeterwellen im Synchrotron zu beschäftigen.

Als Prochorow 1950 stellvertretender Leiter des Schwingungs-Laboratoriums wurde, hatte er fast ausschließlich in der Theorie gearbeitet. Erst jetzt hatte er die Ressourcen, eine eigene Forschergruppe aufzubauen, die sich zunächst mit Radiospektroskopie und später auch mit Quantenelektronik beschäftigte.

Zum Bau des ersten Masers führte ihn ein technisches Problem: Er wollte einen rauscharmen Verstärker konstruieren. Die bis dahin gebräuchlichen Generatoren und Verstärker erzeugten Strahlung mit Hilfe freier oder quasi-freier Ladungsträger, deren Temperaturbewegung zu erheblichem Rauschen führte. So kam es, dass Prochorov und Nikolai Bassow 1952 und 1953 die theoretischen und experimentellen Grundlagen des Masers legten, jener „magic devices“, welche die Atome für uns arbeiten lassen.

Das Prinzip der induzierten Emission, wie es zum ersten Mal in einem Maser (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation) realisiert wurde, hatte Albert Einstein schon 1917 vorgeschlagen. Rein technisch wäre man auch schon in den 1930er-Jahren imstande gewesen, Maser zu bauen, wie Prochorov in seiner Nobelrede erklärte. Doch die meisten Spektro­sko­piker hätten die Möglichkeit einer stimulierten Emission für das „Kunststück“ eines Theoretikers gehalten, weil sie bei Systemen im thermischen Gleichgewicht unwahrscheinlich ist. Erst die rasche Entwicklung der Radiospektroskopie nach dem Zweiten Weltkrieg hätte die Fundamente für die Quantenelektronik gelegt.

1954 konstruierten Prochorow und Bassov den ersten „Quanten­molekular­generator“, wie sie ihn nannten, indem sie Ammoniak-Moleküle in einem Hohlraumresonator in einen angeregten Zustand versetzten und die induzierte Emission mit Mikrowellenstrahlung anregten. 1960 ermöglichten es schließlich Resonatoren für den optischen Bereich, Laser zu konstruieren.

Die Bedeutung dieser technischen Entwicklung beflügelte Prochorows Karriere: 1954 wurde er Direktor des Schwingungs-Laboratoriums und Professor an der Moskauer Lomonossow-Universität. Er engagierte sich besonders für die technischen Anwendungen von Maser und Laser. Nach 1955 widmete er sich außerdem der Elektronen-Spin-Resonanz und bestimmte mit dieser Methode den Rubin als geeignetes Material für Laser.

Nach dem Nobelpreis erhielt Alexander Prochorow noch zahlreiche Ehrungen. Er war unter anderem Mitglied der Akademie der Wissenschaften der DDR und der Ungarischen Akademie. 1988 erhielt er die Lomonossow-Medaille der sowjetischen Akademie der Wissenschaften. Er starb am 8. Januar 2002 in Moskau.

Anne Hardy
 

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