Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neutronenhaut dünner als angenommen - Wissenschaftlerteam berechnet Neutronenverteilung des Atomkerns Kalzium-48

03.11.2015

Einem internationalen Wissenschaftlerteam mit Beteiligung von Darmstädter Forschern ist es erstmals gelungen, die Neutronenverteilung des Atomkerns Kalzium-48 zu berechnen. Dieser Kern besteht aus 20 Protonen und 28 Neutronen, und stellt ein komplexes quantenmechanisches Vielteilchensystem dar, das jetzt mit Hilfe von Hochleistungsrechnern gelöst werden konnte. Wie im Fachmagazin „Nature Physics“ berichtet, zeigen die neuen Ergebnisse, dass die sogenannte Neutronenhaut, also die Differenz zwischen den Radien der Neutronen- und Protonenverteilung, deutlich kleiner ist als ursprünglich angenommen.

Die elektrische Ladungsverteilung eines Atomkerns ist theoretisch gut verstanden und auch experimentell gut zugänglich. Im Gegensatz dazu ist die Neutronenverteilung aufgrund der Ladungsneutralität der Neutronen schwierig zu messen.


Die Berechnungen des internationalen Wissenschaftlerteams verbinden die Neutronenverteilung des Atomkerns Kalzium-48 (Bildmitte) mit dem Radius eines Neutronensterns, wie er z.B. im Zentrum des Krebsnebels existiert (oben links). Grafik: ORNL

Da der Atomkern Kalzium-48 acht Neutronen mehr als Protonen hat, ragt aber die Neutronenverteilung über die Ladungsverteilung hinaus. Somit sind die neuen Resultate essentiell für die Beantwortung der grundlegenden Frage: Wie groß ist ein Atomkern?

„Wir starteten von Grundprinzipien, als wir den Atomkern Kalzium-48 aus seinen fundamentalen Bestandteilen, Protonen und Neutronen, am Rechner simulierten“, erklärt der theoretische Kernphysiker Gaute Hagen vom Oak Ridge National Laboratory, Erstautor der Studie.

„Dieses stark korrelierte System, bestehend aus 48 Nukleonen, ist als quantenmechanisches Vielteilchenproblem alles andere als einfach zu lösen. Viele Fortschritte waren insgesamt für die Ergebnisse nötig: akkurate Kernkräfte, ausgeklügelte Rechenalgorithmen und moderne Hochleistungsrechner.“ Die Rechnungen wurden auf dem stärksten Supercomputer der USA, Titan am Oak Ridge National Laboratory, und am Jülich Supercomputing Center gemacht.

Neben der Neutronenverteilung erlauben die Hochleistungsrechnungen auch, damit verbundene physikalische Größen vorherzusagen, die in Präzisionsmessungen künftig experimentell untersucht werden. Dazu gehört die Dipolpolarisierbarkeit von Kalzium-48, die ein Team aus Physikern der Darmstadt-Osaka Kollaboration dabei ist zu bestimmen.

Außerdem bereiten Forscher des Jefferson Labs in den USA Messungen des Neutronenradius von Kalzium-48 vor. Die Erkenntnisse dieser Experimente könnten die theoretischen Berechnungen bestätigen und so zukünftige theoretische Modelle näher einschränken.

Darüber hinaus konnten die Wissenschaftler ihre mikroskopischen Ergebnisse auf makroskopische Neutronensterne anwenden. So verbinden die Berechnungen 18 Größenordnungen vom Atomkern zum Neutronenstern.

Neben den Wissenschaftlern Christian Drischler, Kai Hebeler, Achim Schwenk und Johannes Simonis von der TU Darmstadt waren bei der Berechnung der Neutronenverteilung und der damit verbundenen physikalischen Eigenschaften Wissenschaftler aus den USA (Oak Ridge National Laboratory, University of Tennessee und Michigan State University), Schweden (Chalmers University of Technology), Kanada (TRIUMF), Israel (Hebrew University), Norwegen (University of Oslo) und Italien (University of Trento) beteiligt.

Weitere Informationen:

Die Studie ist zugänglich unter:
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/pdf/nphys3529.pdf

Bettina Bastian | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Erforschung von Elementarteilchen in Materialien
17.01.2017 | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie

nachricht Vermeintlich junger Stern entpuppt sich als galaktischer Greis
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

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: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Geothermie: Den Sommer im Winter ernten

18.01.2017 | Energie und Elektrotechnik

Kompositmaterial für die Wasseraufbereitung

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Brain-Computer-Interface: Wenn der Computer uns intuitiv versteht

18.01.2017 | Informationstechnologie