History of the MPIK

The Max-Planck-Institut für Kernphysik was founded in 1958 under the leadership of Wolfgang Gentner. Its precursor was the Institut für Physik at the Kaiser-Wilhelm/Max-Planck-Institute für medizinische Forschung led by Walther Bothe from 1934 to 1957. Since 1966 the MPIK is led by a board of directors. The initial scientific goals were to determine the structure of atomic nuclei and to understand the mechanism of nuclear reactions as well as the application of atomic- and nuclear-physics methods concerning questions in cosmochemistry. Today, the activities concentrate on two interdisciplinary research fields: the dynamics of atoms and molecules (quantum dynamics) and the crossroads of particle physics and astrophysics (astroparticle physics).

Gründungsdirektor Wolfgang Gentner

Direktor am Institut von 1958 bis 1974

 

Studium der Physik in Erlangen und Frankfurt, Promotion Univ. Frankfurt (1930), am Radiuminstitut bei Marie Curie, Paris (1933-1935), bei Walther Bothe am KWImF, Heidelberg (1935-1946), Forschungsaufenthalt in Berkeley (1938), Paris (1940-1942), o. Professor Univ. Freiburg (1946-1957).

Präsident der Heidelberger Akademie der Wissenschaften (1964-1968), Vorsitzender der CPT-Sektion (1967-1969), Vizepräsident der MPG (1972-1978), Officier de la Legion d‘Honneur, Frankreich (1965), Mitglied des Ordens Pour le Merite (1974, ab 1976 Vizekanzler). Wolfgang Gentner war wesentlich an der Gründung des CERN beteiligt; er war zusammen mit W. Heisenberg und A. Hocker Mitglied der deutschen Delegation im ab 1951 tagenden Vorbereitungsausschuss und wirkte nach Gründung des CERN-Rates 1952 an den Planungen für das Synchrozyklotron und das Protonensynchrotron mit. Von 1955 bis 1959 war er Direktor der Abteilung Synchrozyklotron und Direktor der Forschung des CERN und 1972-1974 Präsident des CERN-Rates.

Auch zur Gründung der GSI 1969 trug Wolfgang Gentner entscheidend bei und war erster Vorsitzender des wissenschaftlichen Rates der GSI, zu der das MPIK enge Beziehungen pflegt.

Die Reise im Dezember 1959 von W. Gentner mit seiner Frau, O. Hahn und F. Lynen nach Israel wurde zu einem Meilenstein in der Begründung der deutsch-israelischen Wissenschaftsbeziehungen, deren Etablierung und weitere Entwicklung von ihm vorangetrieben wurde. In Anerkennung dieser Pionierrolle ernannte ihn das Weizmann-Institut 1965 zum Ehrenmitglied und 1975 zum einzigen deutschen Mitglied des Board of Governors. Nach seinem Tod wurde ein Gentner-Lehrstuhl am Weizmann-Institut eingerichtet und die regelmäßigen Minerva-Symposien erhielten den Namen Gentner-Symposien. 1964 wurde der deutsch-israelische Wissenschaftleraustausch durch einen Vertrag zwischen dem Weizmann-Institut und der Minerva GmbH institutionalisiert. Das Büro der daraus hervorgegangenen Minerva-Stiftung war bis Ende 2002 am MPIK angesiedelt. W. Gentner konnte die guten Beziehungen zu französischen Kollegen um F. Joliot, die er bei seinem ersten Aufenthalt am Radiuminstitut aufgebaut hatte, auch während des Krieges aufrechterhalten und die Kollegen unterstützen, als er an das besetzte Institut in Paris abkommandiert worden war.

So ist es auch zu verstehen, dass er nach dem Krieg den Ruf nach Freiburg, also in die damalige französische Besatzungszone, anderen Rufen vorzog, um dort das zerstörte Physikalische Institut wieder aufzubauen. Außerdem waren ihm die nach Hechingen ausgelagerten ehemaligen Kaiser-Wilhelm-Institute unterstellt. Mit deren kernphysikalischer Abteilung konnte er seine Forschungsmöglichkeiten in den ersten Nachkriegsjahren wesentlich erweitern. 

Wolfgang Gentner reiste mit einer Delegation der Max-Planck-Gesellschaft 1974 nach China, die einen Neubeginn der Beziehungen nach der Kulturrevolution vereinbaren konnte.

Research Facilities

The cyclotron of the precursor institute, built in 1943, was operated until 1973. The first tandem accelerator with 6 MV was constructed in 1961, followed in 1967 by the 12 MV tandem accelerator and was supplemented later by a postaccelerator and a high-current injector. In addition, since 1982 a 3 MV pelletron accelerator was in operation. End of 2012 the accelerators were decommissioned. Already in 1966, the first dust accelerator was deployed. The heavy-ion storage ring TSR was operational from1988 to 2012. The cryogenic storage ring CSR which has been designed from 2004 on, was first deployed in 2015. Since 2001, an electron-beam ion trap (EBIT) serves to produce and spectroscopically investigate highly charged heavy ions. Nuclear spectroscopy was done using, e.g., a crystal-ball spectrometer, and the fragments of nuclear reactions were investigated with a Q3D-magnetic spectrograph. Since 2001, atomic and molecular reactions are studied with reaction microscopes. In the 1968 built underground low-level-laboratory, detectors for extremely low count rates are developed and tested.

Except the tandem accelerators and the pelletron, all the research facilities and numerous further scientific instruments, especially the mass spectrometers, were and are, at least in part, developed in-house and built in the shops of the Institute.

 

Research Highlights

1958  Discovery of the Mößbauer effect (recoilless nuclear spectroscopy with higher precision): Nobel Prize 1961.

1958 – 2000  Study of nuclear reactions with particle accelerators (cyclotron, tandems, CERN and DESY): determination of the inner shell structure, mechanism of nuclear reactions, structure of the nucleons.

1958 – 1962  Investigation of the beta decay of 8Li: discovery of the right-handed helicity of the antineutrino.

1958 – 1998  Semiconductor development by ion implantation into solid bodies.

1958 – 1980  Radioactive age determination and mineralogical investigation of meteorites, tektites (impact craters: e.g., Nördlinger Ries), lunar material and terrestrial rocks.

1962 – 1989  Structures in excitation functions of nuclei: Erikson fluctuations for proton scattering.

1964 2011  Atmospheric environmental research using mass spectrometers aboard rockets, balloons and aircraft as well as at the ground: discovery of the stratospheric background aerosol layer, characterization of the composition of polar stratospheric clouds.

1964 2011  Investigation of cosmic dust using satellite instruments (Giotto at the comet Halley, Galileo, Ulysses and the Cassini mission at Saturn).

1967  Definitive detection of the double beta decay by mass spectrometry, since then search for the neutrinoless double beta decay (Heidelberg-Moscow experiment, GERDA).

1968 – 2001  Theoretical many-particle physics, stochastic models and quantum chaos.

1973 – 2006  Archaeometry.

Since 1975  Theoretical astrophysics: formation of the solar system, propagation of cosmic radiation, compact objects.

1976 – 2010  Spectroscopic investigation of dust particles and clusters which possibly occur in the interstellar space; since 1984 linear carbon molecules.

Since 1976  Neutrino physics with the solar-neutrino experiments GALLEX/GNO and Borexino, the neutrino-oscillation experiment Double Chooz and high-energy neutrino astronomy with IceCube.

1977 – 2002  Determination of the concentration and distribution of trace elements in meteorites, lunar rocks, minerals and biological samples with the proton microprobe.

Since 1986  Infrared astrophysics: instrument development and data evaluation for the space telescopes ISO and Spitzer.

Since 1988  Development and operation of detectors for the experiments HERA-B and LHCb.

1988 - 2012  Atomic and molecular physics, laboratory astrophysics in the TSR.

1990  First preparation of fullerenes (C60) in chemically useful amounts, since then preparation of derivatives, polymers and endoheldral compounds of fullerenes.

Since 1990  High-energy gamma astronomy including theoretical work and the development of imaging Cherenkov telescopes (1992-1998 HEGRA on La Palma and since 2002 H.E.S.S. in Namibia, detection of numerous novel gamma sources).

1994 – 2006  Study of the unusual ozone isotopy.

Since 2001  Investigation of atomic reactions in collisions with charged particles or intense laser pulses (femtosecond lasers at the institute or the free-electron laser FLASH in Hamburg).

Since 2004  Theoretical quantum dynamics in strong laser fields and quantum electrodynamics.

2005  Discovery that plants emit methane under aerobic conditions.

Since 2006  Theoretical astroparticle physics, neutrino physics and cosmology.

2006 - 2012  Generation and investigation of ultracold quantum gases.

Since 2007  Precision measurements on stored and cooled ions, nuclear physics with atomic-physics methods.

Since 2009  Search for Dark Matter particles with liquid noble gases (xenon).

Festschrift 50 Jahre MPIK (2008) - in German