Otto Stern was een in Duitsland geboren Amerikaanse natuurkundige die in 1943 de Nobelprijs voor natuurkunde won. Hij werd tegen het einde van de negentiende eeuw geboren in een welvarend joods gezin in het Koninkrijk Pruisen. Vanwege de financiële welvaart van zijn familie hoefde hij niet direct na het beëindigen van zijn opleiding werk te zoeken. In plaats daarvan werkte hij lange tijd als Privatdozent in uitgekozen universiteiten voordat hij begin jaren twintig op zijn eerste officiële academische post belandde. Aanvankelijk concentreerde hij zich meer op theoretische problemen. Pas nadat hij grote experimentalisten zoals James Franck en Max Volmer ontmoette, begon hij zich te interesseren voor experimentele fysica. Binnen een korte periode ontwikkelde hij een moleculaire-bundelmethode en ontdekte hij spinkwantificering met Walther Gerlach. Het leverde hem niet alleen bekendheid op, maar ook kansen voor verder onderzoek. Meting van atomaire magnetische momenten, demonstratie van de golfaard van atomen en moleculen en ontdekking van het magnetische moment van het proton zijn enkele van zijn belangrijke werken. Hij migreerde naar de VS en nam het Amerikaanse staatsburgerschap op zich toen Hitlers nazi-partij aan de macht kwam. Na meer dan twaalf jaar aan de Carnegie Mellon University te hebben gewerkt, ging hij uiteindelijk met pensioen en vestigde zich in Californië.
Kindertijd en vroege leven
Otto Stern werd geboren op 17 februari 1888 in een welvarende joodse familie in Sohrau, nu bekend als Zory. De stad ligt in de regio Opper-Silezië in Polen. Ten tijde van zijn geboorte maakte het echter deel uit van het koninkrijk Pruisen onder het Duitse rijk.
Zijn vader, Oskar Stern, was een rijke graanhandelaar en bezat ook korenmolens. De naam van zijn moeder was Eugenia née Rosenthal. Het echtpaar kreeg vijf kinderen, waaronder Otto de oudste. In 1892 verhuisde het gezin naar Breslau (nu Wroclaw, Polen), waar Otto werd toegelaten tot het Johannes Gymnasium.
Omdat Gymnasium meer de nadruk legde op de klassiekers dan op wiskunde en wetenschappen, vulde Stern zijn opleiding aan door uitgebreid privé te lezen. Nadat hij flauwgevallen was van school, bezocht hij verschillende universiteiten zoals destijds de norm was en uiteindelijk in 1906 ging hij naar de Universiteit van Breslau met fysische chemie als zijn major.
Otto Stern voltooide zijn studie in 1912 en promoveerde aan de universiteit van Breslau. In hetzelfde jaar ging hij naar de Charles Universiteit in Praag om te studeren onder Albert Einstein.
Toen Einstein in 1913 terugkeerde naar zijn alma mater, ETH Zürich, volgde Otto Stern hem. Een jaar lang fungeerde hij als Privatdozent Fysische Chemie aan de ETH.
In 1914 trad hij toe tot de Universiteit van Frankfurt am Main als Privatdozent voor Theoretische Fysica. In 1915 ontving hij zijn Habilitation, de hoogste academische kwalificatie die een geleerde behaalde, van de universiteit. Al snel brak de Eerste Wereldoorlog uit en werd hij opgenomen in het Duitse leger.
Tegen het einde van de oorlog werd hij toegewezen aan militair onderzoek in het laboratorium van Nernst aan de Universiteit van Berlijn. Daar raakte hij bevriend met James Franck en Max Volmer, twee gerenommeerde experimentalisten.
Tot dan toe had Stern zich vooral geconcentreerd op theoretische studies van statistische thermodynamica en kwantumtheorie. Onder invloed van Franck en Volmer begon hij interesse te tonen in experimentele fysica.
Carrière
Na de oorlog in 1918 keerde Otto Stern terug naar de Universiteit van Frankfurt am Main en bleef daar tot 1921. Aanvankelijk bleef hij werken aan de theoretische problemen en publiceerde hij een paper over de oppervlakte-energie van vaste stoffen. Al snel begon hij te denken dat hij experimenteel bewijs moest leveren.
Maar voordat hij zijn experiment kon voltooien, ontving hij zijn eerste officiële academische post. In 1921 trad hij toe tot de Universiteit van Rostock als universitair hoofddocent theoretische fysica.
In 1922 voerde Stern samen met Walther Gerlach, terwijl hij lesgaf aan Rostock, hun historische moleculaire bundel-experiment uit. Bekend als Stern-Gerlach-experiment, bevestigde het de theorie van spinkwantisatie, die stelde dat atomen in een magnetisch veld slechts in slechts enkele richtingen kunnen uitlijnen.
Vervolgens trad Stern in 1923 toe tot de Universiteit van Hamburg als hoogleraar Fysische Chemie en Laboratoriumdirecteur. Hier richtte hij een uitstekende onderzoeksgroep op die vele baanbrekende experimenten ondernam. Door hem werd de Universiteit van Hamburg een bekend centrum voor atoom-, moleculair en nucleair onderzoek.
In deze periode leidde Stern verdere experimenten naar de kwantumaard van materie. Deze experimenten bevestigden vele andere belangrijke manifestaties zoals de golfaard van helium- en waterstofatomen door de bundels van deze atomen te buigen en onregelmatige magnetische momenten van proton en deuteron.
Toen Adolf Hitler en zijn nazi-partij in juli 1933 in Duitsland aan de macht kwamen, moest Stern zijn functie neerleggen. Tegen die tijd was hij internationaal bekend geworden. In 1930 ontving hij een LL.D. door de University of California, Berkeley. Daarom besloot hij naar de Verenigde Staten te verhuizen.
In 1933 trad Stern toe tot de Carnegie Mellon University in Pittsburgh, Pennsylvania als hoogleraar natuurkunde. Hij bleef daar tot aan zijn pensionering in 1945 en deed uitgebreid onderzoek in de experimentele fysica.
Na zijn pensionering verhuisde Stern naar Californië en trad hij toe tot University of California, Berkeley als emeritus hoogleraar. In hetzelfde jaar werd hij gekozen tot lid van de National Academy of Sciences. Hij bracht de rest van zijn leven door in Berkeley.
Grote werken
Het Stern-Gerlach-experiment van 1922 is een van de belangrijkste werken van Otto Stern. Hij en Walther Gerlach stuurden een bundel zilveratomen door inhomogeen magnetisch veld op een glasplaat en observeerden hun diffractie.
Volgens de klassieke natuurkunde zou de bundel als een continue band moeten zijn uitgespreid; in plaats daarvan werden slechts twee stralen waargenomen. Het bevestigde niet alleen de spinkwantificatietheorie, maar maakte ook de weg vrij voor verdere ontwikkeling van de moderne fysica.
Het meten van het magnetische momentum van proton met behulp van moleculaire bundel is een ander belangrijk werk van hem. Het experiment werd uitgevoerd in 1933 en bewees dat de daadwerkelijke meting twee en een half keer de theoretische waarde is.
Hij publiceerde ook veel artikelen. Onder hen is een reeks van dertig uitstekende artikelen met de titel ‘Untersuchung zur Molekularstrahl-Methode, UzM’ (Onderzoeken door de moleculaire bundelmethode) het meest opmerkelijk.
Awards en prestaties
Otto Stern ontving in 1943 de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn ontdekking van de spinkwantisatietheorie. Hoewel het werk in samenwerking met Walther Gerlach werd gedaan, ontving hij alleen de prijs omdat Gerlach in Duitsland was gebleven en actief was tijdens de nazi-periode.
Daarnaast werd hij ook gekozen als lid van de American Association for the Advancement of Science, American Philosophical Society, National Academy of Sciences en Royal Danish Academy of Sciences.
Persoonlijk leven en erfenis
Otto Stern trouwde niet. Als jonge man hield hij van het goede leven en danste hij graag. Hij was ook een goede tennisser en had veel vrienden.
Op 8 maart 1939 werd hij een genaturaliseerde burger van de Verenigde Staten van Amerika. Hij bracht het laatste deel van zijn leven door in Berkeley, Californië. Daar leidde hij een teruggetrokken leven, maar bleef geïnteresseerd in de nieuwe ontdekkingen in deeltjesfysica en astrofysica. Hij ging ook regelmatig naar films.
Hij stierf op 17 augustus 1969 op 81-jarige leeftijd in Berkeley. Hij werd getroffen door een hartaanval tijdens het kijken naar een film en stierf kort daarna. Hij werd begraven op Sunset View Cemetery, El Cerrito, CA.
De kinetiek van een fotofysisch intermoleculair deactivatieproces is ‘Otto-Volmer-relatie’ genoemd naar Otto Stern en zijn levenslange vriend Max Volmer. De twee wetenschappers werkten sinds de Eerste Wereldoorlog lange tijd nauw samen.
Trivia
Otto Stern was de op één na meest genomineerde persoon voor de Nobelprijs. Hij ontving tussen 1925 en 1945 82 nominaties. Hij won het uiteindelijk in 1943.
Snelle feiten
Verjaardag 17 februari 1888
Nationaliteit Duitse
Beroemd: natuurkundigen Duitse mannen
Overleden op 81-jarige leeftijd
Zonneteken: Waterman
Geboren in: Żory
Beroemd als Natuurkundige
