Posted in: Physik 16. Februar 2009 16:16 Weiter lesen →

Atomkern mit Satellit

Grafik zeigt dichte Ansammlung blauer und violetter Kügelchen, in einigem Abstand umkreist von einem einzelnen KügelchenNicht alle Atomkerne sind einheitliche, massive Gebilde. Die Vermessung eines Exemplars, das von einem zusätzlichen Kernteilchen „umkreist“ wird, ist Physikern aus Darmstadt und Mainz gelungen. Durch den kleinen Satelliten erscheint der Kern gleichsam aufgebläht.

Grafik: Dirk Tiedemann, Institut für Kernchemie, Uni Mainz

Im Fall des untersuchten Beryllium-Isotops ist der Rumpfkern nur etwa fünf Femtometer (Billiardstel Meter) groß. Seinen Hof oder Halo mit eingerechnet, sind es jedoch gut 14 Femtometer, ermittelten die Forscher um Wilfried Nörtershäuser vom Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung und von der Universität Mainz. Dass dieses Gebilde überhaupt existieren könne, lasse sich nur mit Hilfe der Quantenmechanik erklären.

„Intuitiv stellen wir uns unter einem Atomkern eine kompakte Kugel vor, die aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen besteht“, erläutert Nörtershäuser. In den 80er-Jahren sei jedoch entdeckt worden, dass die Kerne einiger Isotope von einem Halo verdünnter Kernmaterie umgeben seien, typischerweise bestehend aus Neutronen, die extrem schwach an den Rumpfkern gebunden seien.

Gemeinsam mit deutschen, belgischen, kanadischen und Schweizer Kollegen nahmen Nörtershäuser und seine Arbeitsgruppe Beryllium-11 unter die Lupe. Statt die Kerne direkt zu vermessen, untersuchten die Forscher mit einer aufwändigen Laserapparatur einen Übergang in der Elektronenhülle der Atome. Welche Energie zum Anregen dieses Übergangs nötig ist, hängt unter anderem vom Radius des Kerns ab. Es zeigte sich, dass dieser von Beryllium-10 zum Beryllium-11 mit seinem zusätzlichen Neutron jäh zunimmt.

„Besonders interessant ist dabei, dass das Halo-Neutron somit viel weiter von den anderen Nukleonen entfernt ist, als es die Reichweite der starken Kernkraft im klassischen Bild überhaupt zulassen dürfte“, so Nörtershäuser weiter. Die starke Wechselwirkung, die den Atomkern zusammenhalte, reiche lediglich zwei bis drei Femtometer weit. Dass das Neutron sie dennoch spüre, lasse sich nur verstehen, wenn man es als leicht verschmiertes Wellenpaket auffasse.

Forschung: Wilfried Nörtershäuser, Dirk Tiedemann, Monika Žáková und Zoran Andjelkovic, Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt, und Institut für Kernchemie, Johannes-Gutenberg-Universität Mainz; und andere

Veröffentlichung Physical Review Letters, Vol. 102, Artikel 062503, DOI 10.1103/PhysRevLett.102.062503; Preprint arXiv:0809.2607

WWW:
Arbeitsgruppe Wilfried Nörtershäuser, Uni Mainz
Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI)
Atomkern
Kerne an den Grenzen der Stabilität
Isotope Shift and Hyperfine Structure

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