Wissenschaftler weisen birnenförmige Atomkerne nach

Ein internationales Forscherteam mit maßgeblicher Beteiligung von Wissenschaftlern der Universität zu Köln hat als Ergebnis seiner Forschungsarbeiten an der europäischen Organisation für Kernforschung CERN nachgewiesen, dass einige Atomkerne sehr ungewöhnliche Formen annehmen können. Die Ergebnisse dieser von der Universität Liverpool geleiteten Forschungsarbeiten wurden am 9. Mai in Nature veröffentlicht.

Die meisten natürlich existierenden Atomkerne sind nicht rund sondern haben eine ausgedehnte (elongierte) Form, die der eines Rugbyballs ähnelt. Dieses Verhalten lässt sich mittels moderner Kernmodelle beschreiben. Einige Atomkerne können jedoch auch eine birnenähnliche Form annehmen. In diesem Fall konzentriert sich an einem Ende des Kerns mehr Masse als an dem anderen.

Die Beobachtung einer solchen nuklearen Birnenform ist nicht nur für das Verständnis der Kernstruktur sondern auch für den experimentellen Nachweis eines elektrischen Dipolmoments (EDM) in Atomen äußerst wichtig. Das Standardmodell der Teilchenphysik sagt für das elektrische Dipolmoment einen Wert vorher, der so klein ist, dass er weit unter der Nachweisgrenze aktueller Experimente liegt. In erweiterten Varianten der Standardmodell-Theorien wird ein messbares EDM vorhergesagt. Um dieses nachzuweisen, müssen die Experimente zur Suche des EDM jedoch verbessert werden. Dabei besteht die empfindlichste Methode darin, exotische Atome mit einem birnenförmig deformierten Atomkern zu verwenden.

Bisher konnten Isotope, für die eine birnenähnliche Form berechnet und vorhergesagt wurde, mit den vorhandenen Methoden nicht experimentell bestimmt werden. Die Wissenschaftler konnten nun mittels einer speziellen Anlage am CERN, dessen Kernstück das in Köln entwickelte Gammaspektrometer MINIBALL ist, und der Methode der Elektromagnetischen Anregung von nachbeschleunigten instabilen Schwerionen eindeutige Schlüsse über die Kernform ziehen und die Kernformen zweier kurzlebiger Isotope, 220 Rn und 224Ra, erfolgreich bestimmen. Die Daten zeigen, dass 224Ra birnenförmig deformiert ist, 220 Rn diese Form dagegen nicht permanent annimmt. Die neuen Ergebnisse stehen im Widerspruch zu einigen Kernstruktur-Theorien und werden helfen, andere Modelle zu verfeinern. Laufende Experimente zur direkten Suche nach einem EDM können damit verbessert werden.

Bei Rückfragen: Prof. Dr. Peter Reiter
Institut für Kernphysik
Universität zu Köln
50937 Köln
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