Eine Waage für atomare “Brummer”

Mittwoch, 10. Februar 2010, 19:00 • Rubrik Chemie, Physik.

Jenseits des bekannten Periodensystems suchen Physiker nach neuen Elementen, die nicht binnen Minuten oder Sekunden zerfallen. Eine gute Ausgangsbasis für diese Suche verschafft ihnen eine Messtechnik, die Forscher in Darmstadt entwickelt haben. Damit gelang es erstmals, sehr massereiche Atome zu wiegen, wie sie in der Natur nicht mehr vorkommen.

Foto: Gabi Otto / GSI Darmstadt

Die neuen Daten zeigen, wie stark der Zusammenhalt in den Atomkernen des Elements Nobelium ist. Damit dienen sie auch als Prüfstein für verschiedene Theorien zum Aufbau superschwerer Elemente, erläutern die Forscher um Michael Block vom Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI) im Magazin “Nature”. Nicht zuletzt könne man vielleicht nur durch Wiegen feststellen, dass man einen Fuß auf die “Insel der Stabilität” gesetzt habe.

Bislang war das Uran mit seinen 92 Protonen das schwerste chemische Element, dessen Masse direkt bestimmt werden konnte. Bei den – künstlich hergestellten – Elementen mit größeren Massen mussten sich Physiker daher behelfen, indem sie rein rechnerisch die Massen bzw. Energien über die jeweiligen Zerfallsreihen bilanzierten.

Block und Kollegen gelang das Kunststück mit dem 102 Protonen umfassenden Element Nobelium. Für ihr Experiment produzierten die Physiker Nobeliumatome, die sie in dünnem Heliumgas abbremsten. Dann leiteten sie die Atome in eine Falle, in der elektrisch geladene Teilchen um die Feldlinien eines starken Magnetfelds kreisen und dabei von elektrischen Feldern im Zaum gehalten werden. Die Forscher ermittelten, wie rasch sich die gefangenen Atome in der Falle bewegten, und konnten so mit hoher Präzision auf deren Masse schließen.

Für die Suche nach der “Insel der Stabilität” besonders interessant ist, wie weit der tatsächlich gemessene Wert unter jenem liegt, der sich rechnerisch aus den Massen der einzelnen Bestandteile gibt – im Falle des Nobelium-Isotops No-253 also aus den Einzelmassen von 102 Protonen, 151 Neutronen und 102 Elektronen. Die Differenz, der Massendefekt, ist umso größer, je fester die Kernbestandteile aneinander gebunden sind und je stabiler der Kern daher ist.

Forschung: Michael Block und Dieter Ackermann, Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt; Klaus Blaum, Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg; und andere

Veröffentlichung Nature, Vol. 463, 11. Februar 2010, pp 785-8, DOI 10.1038/nature08774

WWW:
Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung
- SHIPTRAP Experiment
Hochpräzisions-Massenspektrometrie, MPI für Kernphysik
Kernbindungsenergie und Massendefekt
Penning Traps

Lesen Sie dazu im Scienceticker:
Trittstein zur Insel der Stabilität
Element 118 hergestellt

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