Gustav Ludwig Hertz  


Fachliche Leistung

Gemeinsam mit dem Physiker James Franck führte Hertz Stoßversuche zwischen Elektronen und Quecksilber-Atomen durch und studierte die Wirkung von Elektronenstößen auf Atome. Grundlage ihrer Untersuchungen bildete die Plancksche Hypothese der quantenhaften Absorption oder Emission von Energie bei atomaren Prozessen. Danach erfolgt die Abgabe oder Aufnahme von Energie nicht kontinuierlich, sondern nur in Portionen.

Die 1912 begonnenen Untersuchungen zeigten, dass die Elektronen von den Gasatomen nach den Gesetzen des vollkommen elastischen Stoßes reflektiert werden, solange ihre Geschwindigkeit unterhalb einer gewissen kritischen Größe bleibt.
Im elektrischen Felde nahmen sie daher - praktisch unbeeinflußt durch die Zusammenstöße - fortlaufend Energie auf, bis sie die kritische Geschwindigkeit erreicht hatten. Dann erfolgte eine vollständige Energieabgabe bei einem der folgenden unelastischen Stöße. Damit ließ sich die vordem unerklärlich gewesene niedrige Zündspannung bei den Edelgasen zum ersten Mal verstehen.
Die kinetische Energie eines Elektrons der kritischen Geschwindigkeit passte nun genau zu der Quantenenergie der Resonanzstrahlung des beschossenen Atoms. Besonders gut ging dieser Vergleich bei dem Experiment mit Quecksilberdampf auf, bei welchem diese Energie zu Ekrit = 4,9 e V gemessen worden war. Hertz und Franck machten die für die Entwicklung der Quantentheorie bedeutende Entdeckung, dass die Atome mit der gleichen Energie quantenhaft angeregt und durch UV-Strahlung abgeregt werden.

Die Ergebnisse dieser Experimente gelten als erster Beweis der Quantentheorie des deutschen Physikers Max Planck. Franck und Hertz erhärteten damit die Vorstellung von den getrennten, nicht kontinuierlichen (diskreten) Energieniveaus und den Übergängen zwischen diesen bei Absorption bzw. Emission von Energiequanten.
Erst 1917 wurde der Zusammenhang der Franck-Hertz-Versuche mit der Bohrschen Atomtheorie erkannt. Die Franck-Hertz-Versuche hatten in der Tat den ersten unmittelbaren Beweis für die Existenz der von Niels Bohr ad hoc postulierten stationären Energiezustände der Atome geliefert. Sie erwiesen sich als glänzende Bestätigung der Bohrschen Vorstellung von diskreten Energieniveaus in der Atomhülle.

Für ihre Arbeiten zur Elektronenstoßmethode konnten Hertz und Franck 1925 den Nobelpreis für Physik in Empfang nehmen.
Ab 1927 entwickelte Hertz seine Gastrennungsmethode zur Isotopentrennung. Das Verfahren ermöglicht es, chemisch gleichartige Atome, die sich nur geringfügig in der Masse unterscheiden, voneinander zu trennen. Er errichtete eine mit Diaphragmen arbeitende Trennkaskade, mit der ihm 1934 die Trennung der Neon-Isotope 20 und 22 sowie die Reindarstellung des schweren Wasserstoffs gelang.

Nach Kriegsende war Hertz der bedeutendste unter den rund 200 deutschen Forschern, die in die Sowjetunion gebracht wurden. Bei Sotschi am Schwarzen Meer arbeitete Hertz auf den Gebieten der Atomforschung und des Überschalls und an der Entwicklung des Radars. Später war er zusammen mit anderen deutschen Wissenschaftlern in der neu eingerichteten sowjetischen Atomforschungsstätte Agudzeri bei Suchum am Schwarzen Meer tätig. Er verfügte dort über einen großen Mitarbeiterstab von deutschen und sowjetischen Fachleuten. Bei seinen dortigen Arbeiten ging es vor allem um die Trennung von Isotopen, wobei Hertz eine erfolgreiche, auch auf industrieller Basis verwertbare Trennungsmethode erarbeitete.
Außerdem wirkte er an der Errichtung riesiger Trennanlagen zur Anreicherung des Uran-Isotops 235 mit.