Alle Jahre wieder

Holländische Physiker müssen Bosonen sein, denn wenn es besonders kalt wird -- das heisst so ungefähr in der dritten Januarwoche -- finden sie sich schlagartig alle im gleichen Grundzustand, dem "FOM-Tagungszustand", wieder. Der Experte bezeichnet diesen Vorgang bekanntermassen als "Bose-Einstein-Kondensation". So auch dieses Jahr. Nach einem montäglichen Posterausdruckmarathon (inklusive "Hilfe, das Papier geht aus"-Drama) ging es dann Dienstags nach Veldhoven, einem Vorort von Eindhoven, zu den alljährlichen FOM-Tagen (Stichting FOM -- Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie, ist die holländische Forschungsorganisation die viele, unter anderem auch meine, Doktorandenstellen finanziert). Darüber, ob nun Veldhoven an sich eine Reise Wert ist, kann ich auch nach meinem vierten Besuch noch nicht qualifiziert beurteilen. Denn alles was ich bisher dort gesehen habe, ist das Tagungshotel. Und selbst dort entdecke ich jedes Jahr noch unbekannte Flügel. Nun ja, die FOM-Tage sind riesig, ungefähr 1500 Teilnehmer, also eigentlich alles was in den Niederlanden lebt und grob weiss, was Physiker so machen (die machen doch so was mit Atombomben, richtig?). Aber ich mag die FOM-Tage, denn 1) sie sind wahrlich Fächerübergreifend und 2) man trifft manche Bekannte nur einmal im Jahr und zwar dort.

Auch dieses Jahr habe ich mich ein paar mal aus den Nano- bzw. Festkörperphysik-Sessions rausgeschlichen um ein bisschen bei den Teilchenphysikern bzw. Fusionsforschern reinzuhören. Dabei fällt auf, wie viel geplanter die Forschung dort abzulaufen scheint. So wissen die Leute am CERN ganz genau, dass sie bis Ende des Jahres entweder das Higgs-Boson gefunden haben werden (ganz große Klasse, Nobelpreise für alle) oder aber wenigstens eine neue Obergrenze für die relevanten Parameter publizieren können (auch nett, aber diesmal keinen Nobelpreis). Ähnlich bei den Fusionsforschern, die auch eine ganz klare Roadmap haben: Noch zehn Jahre an JET rumspielen und den ITER bauen und dann das erste kommerzielle Fusionskraftwerk im Jahr 2035. Damit ist Fusionsenergie, nachdem sie sechzig Jahre lang stets fünfzig Jahre entfernt war, "nur noch" 25 Jahre entfernt. Mal sehen.

Definitives Highlight war der Abendvortrag am Dienstag. Bei Abendvorträgen spricht ein ehrwürdiger Forscher zum Plenum über sein Forschungsgebiet, und da liegt die Krux. Denn nicht alle Top-Forscher sind dazu in der Lage, ein Publikum nach langer Anfahrt, neun Stunden Konferenz und anschliessendem Abendessen noch zu fesseln (ein Beispiel hierzu sei der Sprecher von letztem Jahr, ein besser namenlos bleibender Nobelpreisträger). Doch nicht so Andrei Geim, der diesjährige Sprecher und nebenbei auch der Gewinner des diesjährigen Nobelpreises. Erst einmal, wofür bekam Geim den Preis: Geim hat Graphen entdeckt, was eine einatomige Lage aus Graphit ist -- genaugenommen sieht es, wenn man sich die Molekülstruktur anschaut, fast so aus wie ein Maschendrahtzaun. Graphen hat einige tolle Eigenschaften, die in Zukunft wohl in der Elektronik verwendet werden. Aber im Moment ist Graphen vor allem noch das Spielzeug vieler meiner Kollegen. Geims Vortrag (angeblich derselbe, den er in Stockholm gehalten hat) war dann ziemlich biographisch. Wie er aus Russland via die Niederlande schlussendlich nach Manchester gelangte und wie er oft durch Spielereien (er nennt sie "Friday Night Experiments") vielleicht nicht immer bedeutende Sachen entdeckte. So zum Beispiel die Sache mit dem Frosch: Jeder Stoff entwickelt ein magnetisches Moment, wenn man ihn ins Magnetfeld bringt (Pauliparamagnetismus). Nur normalerweise ist dieses klein und vernachlässigbar. Nicht jedoch, wenn man so ein richtig starkes Magnetfeld hat -- Geim hat dies demonstriert, in dem er einen Frosch im Magnetfeld schweben liess. Aber, um Tierfreunde zu beruhigen:

Before the animal rights activists in the audience start complaining: Let me assure you, the frog survived the experiment unharmed and was later happily reunited with his fellow frogs in the anatonomy course.

Dieses "Friday Night Experiment" gab zwar noch nicht den Nobelpreis, aber immerhin den Ig-Nobelpreis (für Forschungen, die einen erst zum Lachen und dann zum Nachdenken bringen). Aber das ultimative "Friday Night Experiment" war dann wohl die Entdeckung von Graphene selbst, denn was ist Graphen? Eigentlich ist es ja nur eine Atomlage Graphit (also.. ähem.. Kohle). Wenn man diese einfach mit einem Klebeband abziehen könnte... Um eine lange Geschichte kurz zu halten: In der Tat, bis heute stellt man Graphene mit der "scotch tape method" her, sprich man pappt Tesafilm auf ein Graphitkristall, zieht ihn ab und hofft, dass man dabei nur eine Atomlage Kohlenstoff mitnimmt. Scheint zu funktionieren. Einen Nobelpreis für kreative Anwendung von Tesafilm, simpler geht's nicht mehr.

Zu "Schön" um wahr zu sein

Im Wintersemester 2002/2003 hörte ich Festkörperphysik bei Prof. Bucher in Konstanz. Prof. Bucher war damals das wohl prominenteste Mitglied des Fachbereichs Physik, mit etlichen Weltrekorden auf dem Gebiet der Solarzellenentwicklung. Leider lief ihm damals einer seiner ehemaligen Doktoranden -- Jan Hendrik Schön -- als berühmtester Physiker mit Konstanz-Connection den Rang ab. Und das war nicht gut, denn Schön wurde dadurch prominent, dass er -- um ein sehr stark strapaziertes Wortspiel zu benutzen -- Daten geschönt hatte. Immerhin brachte es ihm so eine Prominenz ein, dass es jetzt sogar ein Buch über den von ihm verursachten Forschunsskandal gibt (Eugenie Samuel Reich: Plastic Fantastic).

Schön promovierte 1997 in Konstanz und wechselte dann zu den Bell Labs in New Jersey. Die Bell Labs haben (vielleicht muss man eher sagen "hatten") einen beinahe mysthischen Ruf: So wurde dort zum Beispiel die Radioastronomie begründet (Jansky, 1932), der Transistor entwickelt (Shockley, 1947) und die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt (Arno und Penzias, 1962). Also kurz: ein großartiger Schritt für einen frisch gebackenen Doktor der Physik. Jedoch waren die Bell Labs Ende der neunziger, Anfang der 2000er Jahre in einer tiefen Krise, nachdem sie erst von AT&T an Lucent verkauft, dann weiter aufgespalten wurden und die Grundlagenforschung mehr und mehr zurückgefahren wurde.

Es ist schwer zunächst schwer zu begreifen, wie es Schön gelang nicht nur die Fachwelt, sondern selbst seine Koautoren hinters Licht zu führen. Aber im Laufe des Buchs wird es einem klar, dass Schön geschickt Lücken nutzte und eben Ergebnisse lieferte, die einfach erstklassig zu sein schienen. Ich kann mir gut vorstellen, dass seine Vorgesetzten bei den Bell Labs jede Meldung liebend für ihre Zwecke nutzten -- um eben in wirtschaftlich schweren Zeiten weiterhin die Grundlagenforschung zu rechtfertigen. Auch nutzte Schön weiterhin Ausrüstung in Konstanz, um einen entscheidenden Bearbeitungsschritt durchzuführen (das Aufbringen der elektrischen Kontakte auf die Kunststoffkristalle, die er untersuchte) . Auf jeden Fall hatten seine Aktivitäten in Konstanz den netten Nebeneffekt, dass er dort ungestört arbeiten konnte -- oder besser gesagt fälschen konnte, denn der in Konstanz durchgeführte Bearbeitungsschritt stellte sich als fiktiv heraus. Denn offiziell war er ja nicht mehr Mitglied am Lehrstuhl Bucher noch arbeitete er an relevanten Fragen für diesen. Und da seine Mitautoren in New Jersey in den Bell Labs sassen, war auch die Wahrscheinlichkeit gering, dass einer von ihnen mal vorbeischauen würde -- "show me how it works, buddy". Kurz gesagt, eine ideale Konstellation um Forschung zu fälschen.

Schön's Fehlverhalten wurde -- wie so oft bei unehrlichem Verhalten -- durch eine gute Mischung von Übertreibung und Nachlässigkeit von Seiten Schöns bemerkt. Zum einen veröffentlichte er bis zu sieben (!) Artikel im Monat -- größtenteils in den sehr angesehen Zeitschriften Nature und Science --, zum anderen beging er offensichtliche Nachlässigkeitsfehler bei seinen Fälschungen, z.B. benutzte nicht zutreffende theoretische Modelle um seine "Meßdaten" zu fabrizieren oder nutzte die gleichen Messwerte für total verschiedene Experimente. Also Dinge, die einfach den Experten früher oder später auffallen mussten.

Leider, aber das geht wohl nicht anders da natürlich Schön für dieses Buch nicht zur Verfügung stand, erfährt man relativ wenig über ihn und seine Gedanken und Motive. Ich kann mir aber gut vorstellen, dass er darauf spekulierte, dass seine Ergebnisse von anderen reproduziert würden und er quasi als Pionier eines Fachgebiets in die Geschichte eingehen würde. Doch muss ihm aber auch von Anfang an klar gewesen sein, welche Risiken sein Verhalten trägt. Von den schlaflosen Nächten, die ich wegen meiner (ehrlichen!) Forschungsarbeit habe, gehe ich davon aus, dass er unter enormen Stress gestanden haben muss -- wenn zu den üblichen Sorgen ("Macht es Sinn, was ich mache?", "Hat das schon jemand gemacht?" etc. etc.) noch die Angst vor der Aufdeckung hinzukommt.

Das schlimmste an Forschungsskandalen ist meiner Meinung nach nicht das Verbreiten falscher Resultate, denn das wird früher oder später -- wenn sich die Experimente nicht reproduzieren lassen -- aufgedeckt, sondern darin, dass wissentlich die Karrieren von anderen Wissenschaftler geschadet wird. Denn Fälschungen wie die von Schön führen dazu, dass etliche Doktoranden buchstäblich Jahre darauf verwenden, Ergebnisse zu reproduzieren, die es noch nie gab. Mit allen Konsequenzen wie Frustration, wenigen Publikationen und so weiter.

Was noch ganz nett an Reich's Buch war, ist dass etliche Leute darin auftauchen, die ich kenne. Neben Prof. Bucher noch Prof. Dieterich in Konstanz(er leitete die Konstanzer Untersuchungskommission, ich habe bei ihm meine Diplomprüfung abgelegt) sowie Leo Kouwenhoven und Teun Klapwijk in Delft. Und Schön? Das letzte mal war er in den Nachrichten, als die Universität Konstanz letzten Herbst beschloss, ihm endgültig den Doktortitel abzuerkennen -- nicht, weil er bei seiner Doktorarbeit schon gefälscht hatte, sondern weil er sich des Tragens des Titels als unwürdig erwiesen hat. Und das hat er in der Tat.
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Eugenie Samuel Reich: Plastic Fantastic -- How the biggest fraud in physics
shook the scientific work

Oder auch: Andrea Neica-Loebell, Schön die Wissenschaft zum Narren gehalten, Telepolis (2002)

arXiv-Blog

Das ArXiv ("The Archive") ist ein Dokumentenserver, auf dem wir Physiker (und Mathematiker, Informatiker und Biologen) elektronische Versionen unserer Paper deponieren, bevor wir sie bei einer entsprechenden Zeitschrift einreichen. Im Unterschied zu Zeitschriften gibt es dort keinen Begutachtungsprozess (man könnte also theoretisch jeden Schr...), aber dafür geht es dann eben auch schneller, bis ein Artikel für die Allgemeinheit verfügbar ist.

Jetzt habe ich was nettes entdeckt: Den arXiv-Blog. Dort finden sich täglich Artikel über frisch auf das arXiv hochgeladene Artikel. Und zwar nicht, wie das entsprechende Paper, in Fachchinesisch sondern für den Laien übersetzt. Ganz nett. Und außerdem kriegt man auch als Physiker mit, was außerhalb der eigenen Ecke so abgeht -- denn normalerweise nimmt es schon genug Zeit weg, die Abstracts der neuen Artikel des eigenen Fachgebiets zu lesen (typischerweise 10 bis 15 pro Tag).

Educated guess

Eine beliebte Frage im Physik-Vordiplom war, den Energiegehalt eines Liters Benzins abzuschätzen. Natürlich hatte ich keine Ahnung, wieviel Energie in einem Liter Benzin steckt. Aber mit einem pi mal Daumen geratenen Wert für die Leistung eines Autos und dem Wissen, dass man in einer Stunde mit einem Auto 100 km weit kommt und dabei pi mal Daumen 10 Liter Benzin verbraucht kam man auf einen Schätzwert für den besagten Energiegehalt.

Diese Vordiplomsfrage ist ein Beispiel für eine sogenanntes Fermi-Problem (nach Enrico Fermi, Nobelpreisträger und Pionier der Kernphysik), eine quantitative Abschätzung zu der praktisch keine Daten vorliegen. Fermi war bekannt dafür, auch trotz mangelnder Eingangsdaten gute Abschätzungen liefern zu können. So liess Fermi Papierschnipsel fallen, als ihn die Druckwelle des ersten Atombombentests traf. Daraus konnte er dann eine überraschend gute Abschätzung der Explosionsstärke gewinnen.

Im Blog Astrodictum Simplex gibt es zu Fermi-Problemen -- oder auch als educated guess bekannt -- noch weiteres interessantes zu lesen. Also los!