B. Die Mitglieder

den Materie. Dazu zählen u. a. die Masse, die Größe sowie die elektrischen und
magnetischen Eigenschaften. Im Folgenden gehe ich nur auf die Bestimmung der
Masse von Atomkernen ein. Dass diese Messungen extrem schwierig sind, kann
man daran erkennen, dass sich das Gewicht und die Größe eines Atoms zu der
eines Menschen verhält wie das Gewicht und die Größe eines Reiskorns zur Er-
de. Wir können also keine üblichen Waagen zur Hand nehmen, sondern müssen,
oft über Jahre hinweg, spezielle Apparaturen entwickeln, mit denen wir einzelne
geladene Atome, sogenannte Ionen, teilweise über einen Zeitraum von Monaten
mittels elektrischer und magnetischer Felder frei im Raum schweben lassen und
untersuchen können. Die Herzstücke dieser Apparaturen sind selbst entwickel-
te und gebaute Penningfallen. Die gespeicherten Ionen führen darin charakteris-
tische Bewegungen aus. Anhand dieser für jede lonenspezies charakteristischen
Bewegung können wir auf die Eigenschaften der gespeicherten Ionen zurück-
schließen. So können wir aus der Anzahl der Umläufe pro Sekunde (co) die Masse
des gespeicherten Ions berechnen, wie uns folgende Gleichung zeigt: co = qB/m.
In der Gleichung sind m und q die Masse bzw. die Ladung des Ions. Die Bestim-
mung der Massen gelingt uns aber nur unter Kenntnis der Magnetfeldstärke B,
die ebenfalls in der Gleichung enthalten ist. Zur Bestimmung von dieser müssen
wir zunächst sogenannte Referenzmessungen machen, d. h. wir untersuchen die
Bewegung von Ionen, deren Massen genau genug bekannt sind. Wir erreichen
dabei Genauigkeiten, die es uns im Makroskopischen erlauben würden, beim Wie-
gen des Eiffelturms anhand der Gewichtszunahme festzustellen, ob auf ihm eine
Ameise spazieren geht.
Die Bestimmung der lonenmasse erfolgt demnach über die Bestimmung der
Umlauffrequenz, d. h. die Anzahl der Umläufe, die ein Ion pro Sekunde in der
Penningfalle macht. Aber wie können wir überhaupt die Bewegung der Ionen in
der Penningfalle beobachten und damit die Anzahl der Umläufe des Ions bestim-
men? Dazu nutzen wir die Tatsache aus, dass die gespeicherten Teilchen elektrisch
geladen sind und im Vorbeiflug in den Elektroden einen kleinen, sehr kleinen,
elektrischen Strom induzieren. Um diesen zu messen, mussten wir die zugehöri-
ge einzigartige Elektronik selber entwickeln. Diese Elektronik erlaubt es uns, die
Anzahl der Umläufe der Ionen zu zählen, teilweise sind das 25 Millionen Umläufe
pro Sekunde. Und nicht nur das, wir können sogar feststellen, ob das Ion zusätz-
lich eine halbe oder eine viertel bis hin zu 1/10 Umrundung gemacht hat. Wir
nennen das eine Phasenuhr.
Was lernen wir aus diesen Massenmessungen und warum interessiert sichje-
mand dafür? Berechtigte Fragen, die ich Ihnen im Folgenden beantworten möch-
te. Lassen Sie mich Ihnen zunächst dazu ein paar Gegenfragen stellen: Interessierte
es uns als kleine Kinder nicht, wie lange die Sonne noch brennt? Warum ist Eisen
eigentlich häufiger als Gold? Haben Sie sich jemals gefragt, wie Gold überhaupt
entsteht? Oder wie schwer sind die Bausteine der Materie, das Elektron, Proton

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