Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Überraschender Einblick in die Welt der Atomkerne

19.09.2016

Wie fügen sich Neutronen und Protonen zu Atomkernen zusammen? Eine neue Computersimulation liefert auf diese Frage ein überraschendes Ergebnis: Wurde in der Simulation ein einziger Parameter minimal verändert, hatte das fundamentale Auswirkungen auf den Aufbau der Kerne. Unter leicht unterschiedlichen Bedingungen könnte unser Universum daher ganz anders aussehen. An der Studie waren neben der Universität Bonn das Forschungszentrum Jülich, die Ruhr-Universität Bochum und zwei amerikanischen Hochschulen beteiligt. Die Ergebnisse erscheinen heute in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“.

Atomkerne sind der Stoff, auf dem unsere Existenz basiert. Sie sind aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen aufgebaut. Doch was passiert, wenn sich diese zu Kernen verbinden? Diese Frage beschäftigt schon Generationen von Physikern.


Beim bestimmten „Mischungsverhältnis“ zwischen lokalen und nicht-lokalen Wechselwirkungen im Kern kommt es zu einem Phasenübergang von einem Gas aus Alpha-Teilchen hin zu einer nuklearen Flüssigkeit

© Grafik: Dean Lee

Wie sich die Neutronen im Kern genau anordnen, ist nämlich je nach Atom unterschiedlich: In manchen Atomen sind die Kerne aus so genannten Clustern aufgebaut. Das sind Gruppen von je zwei Protonen und Neutronen, die man auch als Alpha-Teilchen bezeichnet. In anderen Atomen lassen sich diese Alpha-Teilchen dagegen nicht beobachten. „Wir wissen bislang nicht, warum das so ist“, erklärt Prof. Dr. Ulf Meißner vom Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn.

Um den Vorgängen bei der Bildung der Atomkerne genauer nachzuspüren, bemühen Physiker heute Computersimulationen. Diese erfordern jedoch extrem komplexe Berechnungen. Selbst mit den schnellsten Supercomputern lässt sich heute daher nur die Entstehung sehr kleiner Kerne simulieren. Ziel der aktuellen Studie war es ursprünglich, die Rechenverfahren effizienter zu machen, um mittelfristig auch die Bindungsverhältnisse in größeren Kernen simulieren zu können.

Unerwartete Beobachtung

Wenn zwei Alpha-Teilchen in einem Atomkern zusammen kommen, beeinflussen sich beide gegenseitig – sie treten miteinander in Wechselwirkung. Wenn sich dabei die relative Position der Protonen und Neutronen in beiden Alpha-Teilchen zueinander nicht verändert, nennt man diese Wechselwirkung „lokal“. Ansonsten spricht man von einer nicht-lokalen Wechselwirkung. „Wir haben in unseren Simulationen das 'Mischungsverhältnis' zwischen lokalen und nicht-lokalen Wechselwirkungen variiert“, erklärt Prof. Meißner. „Wir haben also immer mehr lokale Wechselwirkungen beigemischt.“

Dabei zeigte sich ein unerwarteter Effekt: Ab einem bestimmten Mischungsverhältnis änderte sich der Zustand des Kerns fundamental. Bildlich gesprochen, ging der Kern von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand über. Im gasförmigen Zustand ist der Kern aus Alpha-Teilchen aufgebaut, entsprechend einem Bose-Einstein Gas, im flüssigen dagegen nicht. „Bei welchem Mischungsverhältnis dieser Phasenübergang stattfindet, hängt von der Größe des Kerns ab“, sagt der Erstautor der Studie, Prof. Meißners Mitarbeiter Dr. Serdar Elhatisari.

Die Bindungsverhältnisse im Kern seien also in der Natur ganz nahe an einer Instabilität, die vorher nicht beobachtet wurde, ergänzt Prof. Meißner: „Wenn man den Parameter, der die relative Stärke der lokalen zur nicht-lokalen Wechselwirkung bestimmt, nur ein kleines bisschen variiert, dann sieht unser Universum ganz anders aus. Unsere Simulationen bieten ein völlig neues Werkzeug, um die Verbindung von Kernstruktur zu den Kernkräften genauer zu verstehen.“

Die Studie wurde durch Mittel der Deutschen Forschungsgemeinschaft (SFB/TR 110), das BMBF (05P15PCFN1), der Helmholtz Gemeinschaft (JUQUEEN Supercomputer Ressourcen), des U.S. Department of Energy und der National Science Foundation der USA ermöglicht.

Publikation: Serdar Elhatisari, Ning Li, Alexander Rokash, Jose Manuel Alarcon, Dechuan Du, Nico Klein, Bing-nan Lu, Ulf-G. Meißner, Evgeny Epelbaum, Hermann Krebs, Timo A. Lähde, Dean Lee, Gautam Rupak: Nuclear binding near a quantum phase transition; Physical Review Letters

Kontakt:

Prof. Dr. Ulf-G. Meißner
Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik
Universität Bonn
Tel. 0228/732365
E-Mail: meissner@hiskp.uni-bonn.de

Weitere Informationen:

https://arxiv.org/pdf/1602.04539v2.pdf Publikation im Internet

Johannes Seiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenverschränkung auf den Kopf gestellt
22.05.2018 | Universität Innsbruck

nachricht Kosmische Ravioli und Spätzle
22.05.2018 | Universität Bern

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: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Im Focus: LZH showcases laser material processing of tomorrow at the LASYS 2018

At the LASYS 2018, from June 5th to 7th, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) will be showcasing processes for the laser material processing of tomorrow in hall 4 at stand 4E75. With blown bomb shells the LZH will present first results of a research project on civil security.

At this year's LASYS, the LZH will exhibit light-based processes such as cutting, welding, ablation and structuring as well as additive manufacturing for...

Im Focus: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Mikroskopie der Zukunft

22.05.2018 | Medizintechnik

Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics