Basiswissen

Lucy Mensing (1901 bis 1995) war eine deutsche Physikerin. In der Pionierzeit der Quantenphysik, in den 1920er Jahren geangen ihr mit Hilfe der neu formulierten Matrizenmechanik^[1] verschiedene mathematische Deutungen der neuen Befunde.

Beispiel Ramsauer-Effekt

Mensings Wirkungsorte während der 1920er Jahre waren unter anderem Göttingen, Tübingen und Königsberg. Sie hat in dieser Zeit die neuen mathematischen Modell, etwa das der sogenannten Matrizenmechanik von Heisenberg^[1], auf die Ergebnisse realer Versuche angewandt. Wie revolutionär die Befunde waren und welch neuartigen Denkweisen für eine erfolgreiche Deutung nötig wurden, zeigte Mensings Deutung des sogenannten Ramsauer-Effekts.

Im Jahr 1920 hatte der Physiker Carl Ramsauer Elektronen durch einen mit den Atomen von Edelgasen angefüllten Raum geschossen. Er hatte dabei die sonderbare Beobachtung gemacht, dass langsame Elektronen seltener mit Edelgasatomen wechselwirken als schnelle Elektronen. Im Sinn einer klassischen, anschaulich gedachten Physik wäre das so, als würden langsame Gewehrkugeln in eine Menge sich bewegender Menschen geschossen, niemanden treffen, schnelle aber schon. In der Sprache der Physik nahm die freie Weglänge von Elektronen zu, wenn man sie langsamer machte:

ZITAT:

Max Born, sprach 1921 von "der schier verrückten Behauptung Ramsauers […], daß in Argon die Weglänge der Elektronen mit sinkender Geschwindigkeit unendlich wird (die Atome werden von langsamen Elektronen frei durchflogen!)."^[10]

Stellt man sich die Elektronen und die Gasatome als kleine Stücke fester Materie und mit einer realen Ausdenung (res extensa) vor, so wie im Teilchenmodell der klassischen Physik, dann macht der Befund Ramsauers keinerlei Sinn. Damit war die Physik wieder an einer Stelle, wo sie schon im 17. Jahrhundert einmal war. Damals konnte das Teilchenmodell des Lichts nicht erklären, warum ein dünnes Haar einen viel größeren Schatten warf, als geometrisch überhaupt möglich. Und damals war ein Erkärungsansatz, sich Licht als Welle vorzustellen. Wellen können Hindernisse umwandern und bewegen sich nachher fast genau so weiter wie vor der Kollision.

Das Video zeigt kleine Wellen, wie sie scheinbar gänzlich unbeeinflusst kleine Pflanzen durchwandern, ohne von diesen beeinflusst zu werden. Den Effekt bezeichnet man als Beugung. Könnte das den Ramsauer-Effekt erklären helfen?

Die Idee, dass sich die submikroskopischen Objekte wellenartig verhalten, lag in den 1920er Jahren sozusagen in der Luft. Bohr hatte schon vor dem dem ersten Weltkrieg, im Jahr 1913 Wellenbilder in die Deutung von Elektronen in Atomen eingebracht. Dieser Weg schien sich nun auch für Elektronen ausßerhalb von Atomen anzudeuten.

Im Jahr 1924 hatte de Broglie die Vorstellung von Wellen auch auf bis dahin nur klassisch gedachte Teilchen erweitert. Könnte man auch Elektronen oder sogar schwere Teilchen wie Protonen oder Atome mathematisch wie Wellen handhaben? Ein Teilchen hat Materie, einen Impuls und vor allem ist es örtlich eng umgrenzt. Eine Welle hingegen kann materiefrei sein und sie dehnt sich vor allem frei im Raum aus. Man denke hierbei an die typische Kreiswelle von einem Stein, der ins Wasser fällt. De Broglies Vorschlag war es, genau das zu probieren. Seine Formel ist heute Bestandteil der Schulphysik. Mit ihr kann man einem vermeintlichen Teilchen rein rechnerisch eine Wellenlänge zuordnen.

l = h/p ordnet jedem Teilchen mit dem Impuls p eine Wellenlänge λ zu. Das kleine h ist die Planck-Konstante. Siehe dazu auch 👉 de-Broglie-Wellenlänge

Nachdem man jetzt einem Teilchen ein hypothetische Wellenlänge zuweisen konnte, ließen sich auch alle möglichen Gleichungen und Formalismen von Wellentheorien auf das Teilchen anwenden. Inwieferfern das dann auf die Wirklichkeit passt oder nicht, mussten weitere Experimente entscheiden. Dass die Wellenvorstellung auf Elektronen passte, bestätigte im Jahr 1927 das 👉 Davisson-Germer-Experiment

Diese Schlaglichter aus der Frühzeit der Quantenphysik leuchten etwas den gedanklichen Raum aus, in dem Lucy Mensing im Jahr 1927 den Ramsauer-Effekt quantenphysikalisch zu deuten versuchte. Sie nutzte dabei die Wellenmechanik^[1], wie sie kurz zuvor von dem ebenfalls jungen Werner Heisenberg entwickelt worden war. Man muss sich das immer wieder bewusst machen, wie jung die Revolutionäre der Physik damals waren. Mensing und Heisenberg waren Tweens, gerade einmal um die 25 Jahre alt.

Mensings Befund war, dass die Elektronen bei zunehmender Verlangsamung nicht immer langsamer werden. Ab einer Energie von einem Elektronenvolt, was immerhin noch einer Geschwindigkeit von fast 600 Kilometern pro Sekunde oder 0,2 % der Lichtgeschwindigkeit entspricht, würde auch bei einer weiteren Verlangsamung kein weiterer Ramsauer-Effekt mehr stattfinden. Ab dieser nach unten begrenzenden Geschwindigkeit sollte rein rechnerisch die Wahrcheinlichkeit für eine Wechselwirkung von Elektronen und den Atomen des Edelgases in etwa konstant bleiben, also einen Grenzwert haben. Doch muss damals der Rechenaufwand enorm gewesen sein, "die numerische Auswertung gelang nur rudimentär und führte zu keinen nützlichen Ergebnissen." Und andere Wissenschaftler, aus Schweden, waren womöglich erfolgreicher. Sie hatten in derselben Ausgabe der Zeitschrift, in der sie publiziert hatte, ebenfalls über den Ramsauer-Effekt geschrieben. Und sie seien dabei "numerisch weiter gekommen"^[1]. "Mensing frustrierte das sehr".^[1] Dennoch tauschte sich Mensing in jener Zeit noch mit den größten deutschen Physikern ihre Zeit aus und lieferte wichtige Beiträge zur entstehenden Quantenphysik. Warum geriet sie später als Pionierin dieser Zeit in Vergessenheit?

Abkehr von der Wissenschaft

Lucy Mensing ist in Sachen Geschichte der Quantenphysik heute kein so geläufiger Name wie etwa Pauli, Heisenberg, Bohr, Einstein, Dirac, de Broglie, Schrödinger, Born oder Jordan. Warum nicht? Tatsächlich war sie seit 1930 im Wissenschaftsbetrieb nicht mehr tätig. Ihre letzte Veröffentlichung^[8] stammt aus diesem Jahr. Was war seit 1925 geschehen? Einen Hinweis auf einen möglichen Grund gibt Gernot Münster in einem historischen Rückblick.^[1]

Im Jahr 1927 arbeitete Mensing unter dem Physiker Lande im süddeutschen Tübingen. Lande wollte sie nun dazu animieren, mit einer eigenen Veröffentlichung konkurrierenden Wissenschaftlern (Goudsmit, Back) bei einem bestimmten Thema zuvor zu kommen. Dem potentiellen Opfer, Goudsmit, schrieb sie aufgebracht: "Ich finde es empörden von L., dass er von mir verlangt Dir, Sam, bei dem Wism. ins Handwerk zu pfuschen. Ich hätte das aus freien Stücke nie getan."^[1]

Mensing kam hier mit dem "kompetitiven Wesen der Forschung" in einer "männderdominierten und hierarchischen Struktur"^[1] in Berührung. Das wurde noch einmal bestätigt, als sie Zeugin der Rivalität der PHysiker Lande und Gerlach wurde. Im Rückblick habe Mensings Tochter, Dorothea Roloff ihre zunehmende Einsicht aufgeschrieben, dass ihre Mutter "die Familie gegründet hat, weil sie den wie auch immer gearteten Kämpfen im Wissenschaftsbetrieb nicht gewachsen war."^[1]

Das weitere Schicksal führte Mensing mit ihrer Familie nach Königsberg (heute Kaliningrad). Kurz nach Kriegsende war sie wieder in Jena. Von dort wurde sie 1946 im Zuge der Aktion Ossawakim in die Sowjetunion deportiert.

Mit der Aktion Ossawkim verschleppten die Sowjets im Jahr 1946 auf einen Schlag rund 6735 Menschen von der damals Sowjetisch Besetzten Zone (SBZ), der späteren DDR, in die Sowjetunion. Das Ziel war es, deutsche Fachkräfte für die Entwicklung einer eigenen Raktentechnik und anderer Gebiet von Technik und Wissenschaft einzusetzen. Die verschleppten Personen genossen in der Sowjetunion durchaus gute Lebensbedingungen (Gehalt, Wohnung) und kehrten zurück, als die Sowjet das Gefühl hatten, selbst über ausreichend viele Fachleute zu verfügen.

Aus der Sowjetunion kehrte Mensing erst 1952 nach Jena, in der damaligen DDR gelegen zurück. Ihr Mann, Wilhelm Schütz, hatte dort bis zu seiner Emeritierung einen Lehrstuhl für Experimentalphysik. Lucy Schütz starb im Jahr 1995.

Fußnoten

[1] Gernot Münster: Lucy Mensing. Die Physiker ist eine vergessene Pionierin der Quantenphysik. In: Physik Journal. Januar 2026. Dort ab Seite 42.

[2] Lucy Mensing: Zur Störungsmechanik der Molekülmodelle. Zeitschrift für Physik, Band 34, 1925, S. 602–610.

[3] Lucy Mensing: Beitrag zur Theorie der Verbreiterung von Spektrallinien. Zeitschrift für Physik, Band 34, 1925, S. 611–621 (aus der Dissertation)

[4] Lucy Mensing: Die Rotations-Schwingungsbanden nach der Quantenmechanik. Zeitschrift für Physik, Band 36, 1926, S. 814–823.

[5] Lucy Mensing: Über die Dielektrizitätskonstante von Dipolgasen nach der Quantenmechanik. Mit Wolfgang Pauli. Physikalische Zeitschrift, Band 27, 1926, S. 814–823.

[6] Lucy Mensing: Die Intensitäten der Zeemankomponenten beim partiellen Paschen-Back-Effekt. Zeitschrift für Physik, Band 39, 1926, S. 24–28.

[7] Lucy Mensing: Zur Theorie des Zusammenstoßes von Atomen mit langsamen Elektronen. Zeitschrift für Physik, Band 45, 1927, S. 603–609. Gemeint ist der 👉 Ramsauer-Effekt

[8] Lucy Mensing: Zur Theorie der Kopplungsverbreiterung von Spektrallinien. Zeitschrift für Physik, Band 61, 1930, S. 655–699.

[9] Carl Ramsauer: Über den Wirkungsquerschnitt der Gasmoleküle gegenüber langsamen Elektronen. In: Annalen der Physik. Band 64, 1921, S. 513–540. Verfasst im August 1920. Mehr unter 👉 Ramsauer-Effekt

[10] Am 29. 11. 1921 zweifelte der Physiker Max Born in einem Brief an Albert Einstein die Gültigkeit von Ramsauers Befunden an. Born schrieb: "Aus dieser Änderung muß sich aus vorhandener Theorie die freie Weglänge der Elektronen im Gase berechnen lassen; das hat aber Interesse wegen der schier verrückten Behauptung Ramsauers (in Jena), daß in Argon die Weglänge der Elektronen mit sinkender Geschwindigkeit unendlich wird (die Atome werden von langsamen Elektronen frei durchflogen!). Das wollen wir gern widerlegen." In: [1] Albert Einstein Max Born Briefwechsel 1916-1955. Geleitworte von Bertrand Russell und Werner Heisenberg. Ullstein Buch, Frankfurt am Main, 1986. ISBN: 3-548-3445-7. Dort die Seiten 93 bis 95. Siehe auch 👉 mittlere Freie Weglänge