Holmdel-Hornantenne

Die große Hornantenne und die Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung

Im Rahmen der APS Historic Sites Initiative überreichte APS-Vizepräsident Curtis Callan am 9. Dezember 2008 den Bell Labs eine Gedenktafel zum Gedenken an die Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB), die Beweise für den Urknall lieferte. Die Radioastronomen Arno Penzias und Robert Wilson von Bell Labs verwendeten 1964 und 1965 eine große Hornantenne, um Signale von der Milchstraße abzubilden, als sie zufällig den CMB entdeckten. „Diese unerwartete Entdeckung, die starke Beweise dafür liefert, dass das Universum mit dem Urknall begann, leitete die experimentelle Kosmologie ein.“ Penzias und Wilson teilten sich 1978 den Nobelpreis für Physik zu Ehren ihrer Ergebnisse.

Der CMB ist „Lärm“, der von der Erschaffung des Universums übrig geblieben ist. Die Mikrowellenstrahlung liegt nur 3 Grad über dem absoluten Nullpunkt oder -270 Grad C,1 und ist aus allen Richtungen gleichmäßig wahrnehmbar. Seine Anwesenheit zeigt, dass unser Universum vor 13, 7 Milliarden Jahren in einer extrem heißen und heftigen Explosion namens Urknall begann.

1960 bauten die Bell Labs in Holmdel, New Jersey, eine 20-Fuß-Hornantenne, die mit einem frühen Satellitensystem namens Echo verwendet werden sollte. Die Absicht war, Funksignale zu sammeln und zu verstärken, um sie über große Entfernungen zu senden, aber innerhalb weniger Jahre wurde ein weiterer Satellit gestartet und Echo wurde obsolet.2
Da die Antenne nicht mehr an kommerzielle Anwendungen gebunden war, war sie nun für die Forschung frei. Penzias und Wilson nutzten die Chance, damit Radiosignale aus den Räumen zwischen Galaxien zu analysieren.3 Als sie jedoch anfingen, es anzuwenden, stießen sie auf ein anhaltendes „Rauschen“ von Mikrowellen, das aus allen Richtungen kam. Wenn sie Experimente mit der Antenne durchführen würden, müssten sie einen Weg finden, die statische Aufladung zu entfernen.

Penzias und Wilson testeten alles, was ihnen einfiel, um die Quelle des Strahlungsschlägers auszuschließen. Sie wussten, dass es keine Strahlung aus der Milchstraße oder außerirdischen Radioquellen war. Sie richteten die Antenne auf New York City, um „städtische Störungen“ auszuschließen, und führten Analysen durch, um mögliche militärische Tests von ihrer Liste auszuschließen.4

Dann fanden sie Kot von Tauben, die in der Antenne nisteten. Sie räumten das Chaos aus und versuchten, die Vögel zu entfernen und sie vom Schlafen abzuhalten, aber sie flogen weiter zurück. „Um sie loszuwerden, fanden wir schließlich das Humanste, eine Schrotflinte zu bekommen … und töteten sie aus nächster Nähe sofort. Ich bin nicht glücklich darüber, aber das schien der einzige Ausweg aus unserem Dilemma zu sein „, sagte Penzias.5 „Und so gingen die Tauben mit einem kleineren Knall, aber der Lärm blieb aus allen Richtungen.“6

Zur gleichen Zeit erfuhren die beiden Astronomen, dass der Physiker der Princeton University, Robert Dicke, vorausgesagt hatte, dass es im Falle des Urknalls im gesamten Universum eine Strahlung mit niedrigem Niveau geben würde. Dicke wollte gerade ein Experiment entwerfen, um diese Hypothese zu testen, als er von Penzias kontaktiert wurde. Als Dicke von Penzias und Wilsons Entdeckung hörte, wandte er sich an seine Laborkollegen und sagte: „Nun, Jungs, wir wurden geschöpft.“7

Obwohl beide Gruppen ihre Ergebnisse in Astrophysical Journal Letters veröffentlichten, erhielten nur Penzias und Wilson den Nobelpreis für die Entdeckung des CMB.

Die Hornantenne wurde 1990 zum National Historic Landmark ernannt. Seine Bedeutung für die Förderung einer neuen Wertschätzung für das Gebiet der Kosmologie und eines besseren Verständnisses unserer Ursprünge lässt sich wie folgt zusammenfassen: „Wissenschaftler haben die Entdeckung als die größte wissenschaftliche Entdeckung des 20.“8

©2009, Katrin G. Levine

1 Hu, Wayne, „Eine Einführung in den kosmischen Mikrowellenhintergrund“, Vortrag am Institute for Advanced Study, 25.Oktober 1996.
2 „Eine wissenschaftliche Odyssee: Menschen und Entdeckungen: Penzias und Wilson entdecken kosmische Mikrowellenstrahlung 1965“, PBS.
3 „This Month in Physics History, June 1963: Discovery of the Cosmic Microwave Background“, APS-Nachrichten, Juli 2002.
4 Schönstein, Ralph, „Das Echo des Urknalls“, Alles in Betracht gezogen, NPR, 17. Mai 2005.
5 Ebd.
6 Ebd.
7 Ebd.
8 Ebd.