Dr. Helmut Rechenberg’s research while affiliated with Max Planck Institute for Physics and other places

This second Series A volume of Werner Heisenberg's Collected Works covers a period of about 15 years beginning with the early papers on quantum field theory in 1929/30 and ending with those on the scattering matrix (up to 1946). The reader will find Heisenberg contributions to Dirac's theory of the electron, to nuclear physics, to cosmic ray phenomena, and to reactor physics. The papers on the Uranium Project, classified for a long time and never fully published before, will certainly attract a wide audience. As in the first volume, each group of papers is furnished with an introduction in English by an eminent scientist. The contributing scientists are: R. Haag, A. Pais, C.F. von Weizsäcker, E. Bagge, K. Wirtz, and R. Oehme.

Werner Karl Heisenberg was born in Würzburg, Germany, on 5 December 1901. His father, August Heisenberg (1869–1930), stemmed from a family of master craftsmen in Osnabrück, and had studied classical philology in Munich; at the time of Werner’s birth he held the dual positions of teacher at the Altes Gymnasium in Würzburg and Privatdozent for Greek philology at the University of Würzburg. His mother was Anna Wecklein, the daughter of Nikolaus Wecklein (1843–1926), a classical philologist and rector of the Maximilians-Gymnasium in Munich. They married in 1899 and their first son, Erwin, was born in Munich in 1900; he later became a chemist and worked in industry (he died in 1965).

Der letzte Vortragende, Hr. W. Heisenberg, Leipzig, sprach über die Elementarteilchen und die kosmische Strahlung. Er beschäftigte sich zunächst mit der Yukawaschen Theorie der schweren Elektronen, die ursprünglich aufgestellt wurde, um die Kernkräfte zwischen Protonen und Neutronen zu erklären. In ähnlicher Weise wie die Coulombschen Kräfte zwischen geladenen Teilchen durch das elektromagnetische Feld der Lichtquanten vermittelt werden, werden die Kernkräfte durch das Feld der schweren Elektronen oder, wie heute gebräuchlich, der Mesotronen, verursacht. Aus der Reichweite der Kernkräfte kann die Masse der Mesotronen entnommen werden. Der Nachvveis der schweren Elektronen in der Höhenstrahlung wird durch die Wilson-Spuren dieser Teilchen erbracht, die bei gleicher Bahnkrümmung deutlich von den Spuren der leichten Elektronen und der Protonen zu unterscheiden sind. Die starke Absorption der Mesotronen in der Atmosphäre läßt sich nicht durch den gewöhnlichen Bremsprozeß bei der Ionisierung der Luft erklären. Vielmehr werden hierzu Zerfallsprozesse der Mesotronen benötigt, wie sie auch nach den Vorstellungen von Yukawa vorkommen sollten; und zwar erweist sich die mittlere Lebensdauer der schweren Elektronen ihrer Größenordnung von 10−6 see nach als mit der Yukawaschen Theorie in Einklang. Interessant in diesem Zusammenhang ist der Umstand, daß sich hierbei die Zeitdilatation der speziellen Relativitätstheorie in einer Abhängigkeit der Lebensdauer von der Energie äußert, wie sich aus den für verschiedene Einfallsrichtungen gemessenen Energiespektren der Höhenstrahlung ergibt.

Die erste Möglichkeit der Partikelerzeugung ist in der Theorie des Positrons gegeben. Dieser Prozeß ist jedoch nicht zur Erklärung des Auftretens der Schauer in der Höhenstrahlung geeignet, da hierfür ein Prozeß höherer Ordnung notwendig ist, bei dem eine große Anzahl Teilchen zugleich erzeugt werden müßten. Die Quantenelektrodynamik ergibt aber, daß die Wahrscheinlichkeit dafür, daß in einem Einzelakt n Pärchen erzeugt werden, bei großen Energien proportional der n-ten Potenz der Feinstrukturkonstanten e2/hc = 1/137 ist, also für große n verschwindend klein. Die Fermische Theorie des β-Zerfalls ergibt jedoch eine neue Möglichkeit. Ein Elementarprozeß wäre beispielsweise ein solcher, bei dem unter Verbrauch der Primärenergie ein Proton fm Felde eines Kerns sich in ein Neutron plus Positron plus Neutrino verwandelt; die Iteration des Prozesses ist: Neutron → Proton + Elektron + Neutrino; Proton → Neutron u.s.f. Wichtig ist, daß nach der Fernzischen Theorie bei genügend hoher Energie ein Prozeß n-ter Ordnung, bei dem n Pärchen + 2 n Neutrinos entstehen, ebenso wahrscheinlich wird wie ein Elementarprozeß. Die mittlere Zahl der erzeugten Teilchen und die mittlere Energie eines Schauerpartikels lassen sich abschätzen aus den Konstanten, die in die Fermische Theorie eingehen, und mit dem Experiment in Einklang bringen.