Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues vom legendären Kohlenstoffkern: Forscherteam entdeckt die Struktur des „Hoyle-Zustands“

17.12.2012
Ein Schnappschuss gibt Einblick in die Elemententstehung

Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung der Ruhr-Universität Bochum, der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn und der North Carolina State University hat im vergangenen Jahr erstmals den legendären Kohlenstoffkern berechnet und damit das Element nachgewiesen, das alles Leben auf der Erde ermöglicht.

Jetzt berichten die Wissenschaftler über einen weiteren Durchbruch bei der Erforschung des sogenannten Hoyle-Zustands von Kohlenstoff-12: Auf einem „Schnappschuss“ einer Computersimulation ist förmlich zu sehen, wie sich Partikel zusammenschließen, um das Element zu bilden. Aus der Grafik ergibt sich eine Struktur, die wie ein gebeugter Arm aussieht. Die neuen Erkenntnisse der Forscher basieren auf Simulationen am Jülich Supercomputing Centre und erscheinen in „Physical Review Letters“.

Über den Bergpass …

Der Hoyle-Zustand ist eine energiereiche Form des Kohlenstoffkerns. Er ist der Bergpass, über den man von einem Tal ins andere gelangt: von drei Kernen des Gases Helium zum sehr viel größeren Kohlenstoffkern. Diese Verschmelzungsreaktion findet im heißen Inneren schwerer Sterne statt. Gäbe es den Hoyle-Zustand nicht, hätten im Weltall nur sehr wenig Kohlenstoff oder andere höhere Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff und Eisen entstehen können. Ohne diese Art von Kohlenstoffkern wäre daher vermutlich auch kein Leben möglich gewesen. Prof. Dr. Ulf-G. Meißner vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn, Prof. Dr. Evgeny Epelbaum und Dr. Hermann Krebs vom Institut für Theoretische Physik II der RUB und Prof. Dean Lee von der North Carolina State University gelang es 2011, den seit 1954 bekannten Hoyle-Zustand zu berechnen.
Darstellung auf einem numerischen Gitter

Kohlenstoff-12 kann nur existieren, wenn sich drei Alpha-Teilchen (oder Helium-4-Kerne) auf eine ganz bestimmte Weise zusammenschließen. Die deutschen und amerikanischen Forscher bestätigten die Existenz dieses Hoyle-Zustands mit Hilfe eines numerischen Gitters, das es ihnen ermöglichte zu simulieren, wie die Protonen und Neutronen zusammenwirken. Doch die Forscher wollten außerdem herausfinden, wie die Nukleonen (die Protonen und Neutronen im Inneren eines Atomkerns) im Kern von Kohlenstoff-12 angeordnet sind. Dies würde ihnen erlauben, die Struktur des Hoyle-Zustandes zu „sehen“. Mit Hilfe des gleichen Gitters stellten die Forscher nun zusammen mit Dr. Timo Lähde vom Forschungszentrum Jülich fest, dass die sechs Protonen und sechs Neutronen von Kohlenstoff-12 drei „Alpha-Cluster“ mit jeweils vier Nukleonen bilden. Bei geringer Energie neigten die Alpha-Cluster dazu, in einer kompakten dreieckigen Formation zusammen zu klumpen. Doch im Hoyle-Zustand, einem angeregten Zustand mit höherer Energie, schließen sich die drei Alpha-Cluster zu einer Struktur zusammen, die einem gebeugten Arm ähnelt.

Entdeckung wirft neue Fragen auf

„Es ist interessant, dass für den Hoyle-Zustand die bevorzugte Teilchenanordnung nicht in einer geraden Kette zu bestehen scheint“, so Prof. Dean Lee. „Eine Biegung in der Kette scheint erforderlich zu sein. Diese Arbeit führt uns zu der Frage, welche anderen Kerne über solche Alpha-Cluster-Strukturen verfügen. Dies wären in der Kernphysik ziemlich exotische Anordnungen, die einige wirklich spannende Fragen zur Form und Stabilität aufwerfen würden. Beispielsweise, ob Alpha-Cluster längere Ketten bilden können. Wir überprüfen diese Möglichkeiten.“ Prof. Evgeny Epelbaum ergänzt: „Die weitere Erforschung des Hoyle-Zustands gehört zu den interessantesten, schwierigsten und aktuellsten Herausforderungen in der Kernphysik.“

Zahlreiche Unterstützer

Die Arbeit der Forscher wurde finanziell unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren, dem Bundesministerium für Bildung und Forschung, vom US-Energieministerium, dem Projekt HadronPhysics3 der Europäischen Union und dem Europäischen Forschungsrat sowie von der nationalen chinesischen Stiftung für Naturwissenschaft (National Natural Science Foundation of China).

Titelaufnahme

D. Lee, E. Epelbaum, H. Krebs, T. Laehde, U. Meißner: „Structure and Rotations of the Hoyle State“, Physical Review Letters

Weitere Informationen

Prof. Dr. Evgeny Epelbaum, Institut für Theoretische Physik II, Fakultät für Physik und Astronomie der Ruhr-Universität Bochum, Telefon: 0234/32-28707

evgeny.epelbaum@rub.de

Prof. Dr. Ulf-G. Meißner, Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn, Telefon: 0228/73-2365
meissner@hiskp.uni-bonn.de

Redaktion: Jens Wylkop

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

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: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise