Was nicht sein darf - aber doch sein kann

Die Entdeckung von Daniel Shechtman hat ein Gesetz der Wissenschaft zu Fall gebracht: Er stellte ein Material her, von dem niemand glaubte, dass es überhaupt existieren könnte. Der diesjährige Nobelpreisträger für Chemie hatte aber vor der Anerkennung einen harten Kampf zu führen.

Von Brigitte Osterath, WDR

Am 8. April 1982 malte Daniel Shechtman drei dicke Fragezeichen in sein Laborbuch, in dem er seine Experimente und deren Ergebnisse notierte. Er hatte den atomaren Aufbau einer Metalllegierung untersucht - und da konnte ganz eindeutig etwas nicht stimmen. Auf seinem Labortisch lag ein Kristall, in dem die Atome regelmäßig sortiert waren, aber in einer Weise, die als unmöglich galt: Das Material hatte eine fünffache Symmetrie.

Warum manche Anordnungen der Atome verboten sind

Nur Gegenstände bestimmter Symmetrien lassen sich lückenlos aneinanderlegen oder übereinanderstapeln: Zweifache, dreifache, vierfache und sechsfache Symmetrien sind kein Problem - fünffache schon. Der Fliesenleger kachelt ein Bad normalerweise mit quadratischen Fliesen, er könnte auch dreieckige oder sechseckige nehmen - aber niemals fünfeckige. Denn damit lässt sich kein Badezimmer kacheln - es bleiben immer Zwischenräume.

Ordnung mit Abwechslung

Bis zu Shechtmans Entdeckung war klar: Alle Kristalle bestehen aus identischen Einheiten, die lückenlos so angeordnet sind, dass sie sich stets wiederholen. Daher galt für Kristalle lange Zeit: Fünffache Symmetrien waren verboten. Solche Kristalle widersprachen nach damaliger Auffassung allen Gesetzen der Natur.

Aber Shechtmans neu hergestelltes Material hatte eine fünffache Symmetrie. Bei seiner Probe handelte es sich um einen ganz neuen Typ von Feststoff: um sogenannte Quasikristalle. Das sind Kristalle, die nach völlig anderen Regeln aufgebaut sind. Die Bausteine eines Quasikristalls wiederholen sich niemals: Sie sind immer von einem anderen Muster umgeben. Trotzdem herrscht hier kein Chaos. Sie ordnen sich regelmäßig an. Sichtbar wird das allerdings erst mit Mathematik.

Chemie-Nobelpreis geht an israelischen Wissenschaftler Daniel Shechtman
tagesschau 20:00, 05.10.2011 [Buckenmaier, ARD Stockholm]
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Ein harter Kampf

Daniel Shechtmans Forscherkollegen verspotteten ihn, als sie hörten, was er glaubte gefunden zu haben. Sein Chef riet ihm zunächst, das kristallographische Grundlagenlehrbuch noch einmal sorgfältig zu lesen. Als der Forscher weiter auf der Richtigkeit seiner Versuchsergebnisse bestand, musste er sogar seine Forschungsgruppe verlassen - zu peinlich waren dem Chef die irrsinnigen Ideen Shechtmans.

[Bildunterschrift: Shechtman wurde wegen seiner verrückten Entdeckung sogar aus seiner Forschungsgruppe geworfen. ]
Im Jahr 1984, zwei Jahre nach seiner Entdeckung, reichte Shechtman seine Forschungsergebnisse bei einem renommierten Fachblatt zur Veröffentlichung ein. Doch das Manuskript kam postwendend zurück - der Herausgeber hatte es als unsinnig abgelehnt.

Shechtman suchte lange Unterstützung bei anderen Kristallographen und überzeugte sie schließlich von seiner Arbeit. Erst als diese gemeinsam mit Shechtman das Papier bei einem anderen Journal einreichten, wurde es veröffentlicht - und schlug in der Wissenschaftswelt ein wie eine Bombe. Zehn Jahre später änderte man sogar die Definition, was einen Kristall ausmacht: Die alte Beschreibung "periodisches, sich wiederholendes Muster" war nicht mehr zeitgemäß.

Nicht nur Grundlagenforschung

Hunderte von Quasikristallen haben Forscher auf der ganzen Welt seit Shechtmans Entdeckung hergestellt. Es handelt sich dabei stets um Metalllegierungen. Auch einige natürliche Mineralien mit Quasikristallaufbau hat man inzwischen gefunden.

Viele von ihnen weisen hohe Wärmedämmeigenschaften auf, haben glatte und harte Oberflächen und könnten für Pfannenbeschichtungen, Motorenbauteile und andere Anwendungen genutzt werden.

Bereits auf dem Markt sind Rasierklingen und spezielle Augenoperations-Nadeln, hergestellt aus einem äußerst harten Edelstahl - alles auf Basis der von Shechtmann entdeckten Quasikristalle.