Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Atomkern mit Heiligenschein: Wissenschaftler vermessen erstmals Ein-Neutron-Halo mit Lasern

16.02.2009
Atomkern von Beryllium ist mit Heiligenschein dreimal so groß wie normal - Veröffentlichung in Physical Review Letters

Atomkerne sind normalerweise kompakte Gebilde, die durch einen sehr scharfen Rand begrenzt werden. Dass es davon auch Ausnahmen gibt, wurde vor rund 25 Jahren erstmals im kalifornischen Berkeley entdeckt: Einige exotische Atomkerne besitzen Teilchen, die aus dem zentralen Verbund ausscheren und eine Wolke bilden.

Die legt sich wie ein Heiligenschein oder "Halo" um den Rumpfkern herum. Ein solcher Halo findet sich beispielsweise bei Beryllium-11, einem speziellen Isotop des Metalls Beryllium. In diesem Fall wird der Halo von einem einzelnen Neutron gebildet. Wissenschaftlern am Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist es nun erstmals gelungen, diesen Ein-Neutron-Halo mit Hilfe eines Lasers präzise zu vermessen und die Ausdehnung des Schleiers festzustellen.

Von der Erforschung der Neutronen-Halos erhofft sich die Wissenschaft weitere Erkenntnisse über die Kernbindungskräfte, die im Innern der Atome wirken - auch vor dem Hintergrund, dass die Entfernung der Halo-Neutronen vom zentralen Atomkern mit den Vorstellungen der klassischen Kernphysik nicht vereinbar ist.

"Intuitiv stellen wir uns unter einem Atomkern eine kompakte Kugel vor, die aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen besteht", erläutert Dr. Wilfried Nörtershäuser vom Institut für Kernchemie. "Tatsächlich wissen wir aber seit den 1980er Jahren, dass die Atomkerne einiger neutronenreicher Isotope der leichtesten Elemente Lithium, Helium und Beryllium dieser Vorstellung völlig widersprechen." Diese Isotope bestehen aus einem kompakten Rumpfkern und einer Wolke aus verdünnter Kernmaterie - Heiligenschein oder Halo genannt. Ein Halo besteht meistens aus Neutronen, die extrem schwach an den Rumpfkern gebunden sind. "In der Regel mit nur etwa einem Zehntel der gewöhnlichen Bindungsenergie eines Neutrons im Kern", so Nörtershäuser.

Die Entdeckung dieser exotischen Atomkerne schuf ein neues Forschungsgebiet, das auch Nörtershäuser als Leiter einer Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe seit 2005 an der Uni Mainz und dem GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt bearbeitet. Messungen an Halo-Kernen sind ausgesprochen schwierig, da sie nur in kleinen Mengen künstlich erzeugt werden können. Hinzu kommt, dass die erzeugten Kerne innerhalb weniger Sekunden, meist sogar von Millisekunden wieder zerfallen.

Der Arbeitsgruppe um Nörtershäuser ist es jetzt erstmals gelungen, den Kernladungsradius des Halo-Kerns von Beryllium-11 zu messen. Dieser Kern besteht aus einem Rumpfkern aus 4 Protonen und 6 Neutronen und einem schwach gebundenen Neutron, das den Halo bildet. Für diese laserspektroskopische Präzisionsmessung setzten die Wissenschaftler eine Methode ein, die bereits vor 30 Jahren an der Universität Mainz entwickelt wurde, kombinierten sie aber erstmals mit einer der modernsten Methoden zur präzisen Frequenzmessung von Lasern, indem sie einen Frequenzkamm einsetzten. Dies allein war aber noch nicht ausreichend. Erst durch die Erweiterung der Methode mit dem Einsatz eines weiteren Lasersystems konnte die erforderliche Genauigkeit erreicht werden. Die Technik wurde dann an der "Fabrik" für radioaktive Ionenstrahlen (ISOLDE) am Kernforschungszentrum CERN in Genf auf die Beryllium-Isotope angewandt. Das Fachjournal Physical Review Letters hat die Arbeiten in seiner jüngsten Ausgabe vom 13. Februar veröffentlicht.

Wie die Messungen ergaben, beträgt der mittlere Abstand des Halo-Neutrons von dem Rumpfkern 7 Femtometer. Das Halo-Neutron ist damit etwa dreimal so weit vom Rumpfkern entfernt wie das äußerste Proton, denn der Rumpfkern selbst hat einen Radius von nur 2,5 Femtometer. "Dies ist ein eindrucksvoller direkter Beweis des Halo-Charakters dieses Isotops. 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", erklärt Nörtershäuser. Die starke Wechselwirkung, die den Atomkern zusammenhält, reicht lediglich 2 bis 3 Femtometer weit. Das Rätsel, weshalb sich das Halo-Neutron so weit vom Rumpfkern entfernen kann, lässt sich nur mit den Vorstellungen der Quantenmechanik lösen: Das Neutron muss demnach durch eine sogenannte Wellenfunktion beschrieben werden, welche aufgrund der geringen Bindungsenergie nur sehr langsam nach außen hin abfällt. Demnach kann das Neutron mit relativ hoher Wahrscheinlichkeit in klassisch verbotene Bereiche vordringen und den ausgedehnten "Heiligenschein" verursachen.

Die Arbeiten wurden von der Helmholtz-Gemeinschaft und der GSI Darmstadt sowie vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

Originalveröffentlichung:
W. Nörtershäuser, D. Tiedemann, M. Žáková, Z. Andjelkovic, K. Blaum, M. L. Bissell, R. Cazan, G. W. F. Drake, Ch. Geppert, M. Kowalska, J. Krämer, A. Krieger, R. Neugart, R. Sánchez, F. Schmidt-Kaler, Z.-C. Yan, D. T. Yordanov, C. Zimmermann
Nuclear Charge Radii of 7,9,10Be and the One-Neutron Halo Nucleus 11Be
Physical Review Letters (Vol.102, No.6), 13. Februar 2009
Kontakt und Informationen:
Dr. Wilfried Nörtershäuser
Institut für Kernchemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Tel. 06131 39-25881
Fax 06131 39-27039
E-Mail: noerters@uni-mainz.de

Petra Giegerich | idw
Weitere Informationen:
http://www.kernchemie.uni-mainz.de/
http://www.uni-mainz.de/
http://www.uni-mainz.de/FB/Chemie/AK-Noertershaeuser/de/experiments/betina

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Poseidon goes Politics – Wer oder was regiert die Ozeane?

27.02.2017 | Veranstaltungen

Fachtagung Rapid Prototyping 2017 – Innovationen in Entwicklung und Produktion

27.02.2017 | Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Herz-Untersuchung: Kontrastmittel sparen mit dem Mini-Teilchenbeschleuniger

27.02.2017 | Medizintechnik

Neue Maßstäbe für eine bessere Wasserqualität in Europa

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wenn der Schmerz keine Worte findet - Künstliche Intelligenz zur automatisierten Schmerzerkennung

27.02.2017 | Medizintechnik