Atomkern im Visier

News: Atomkern im Visier

Es ist alles andere als leicht, detaillierte Informationen über die Oberflächenstruktur eines schweren Atomkerns zu erhalten. Das Problem sind die Neutronen, die zuhauf an der Peripherie eines massenreichen Kerns sitzen. Sie lassen sich nur schwer detektieren, sodass die Topographie des Nukleus bislang weitgehend unbekannt blieb. Forscher aus Polen und Deutschland beschossen nun schwere Isotope mit Antiprotonen und konnten so offenbar ein Geheimnis des Atomkerns lüften.

Thorsten Krome

Die Atomkerne schwerer Isotope sind reich an Neutronen – in der Regel gehören mehr als die Hälfte der Nukleonen zu diesen neutralen Teilchen. Lange fragten sich Wissenschaftler, wie sich die Protonen und Neutronen im Kern anordnen, welche Oberflächenstruktur sich ausbildet. Einige Modelle schlugen vor, dass die Neutronen eine gleichmäßige Haut auf der Kernoberfläche bilden, andere ließen wiederum vermuten, dass sie eine Art Halo ähnlich der Erdatmosphäre erzeugen. Den sicheren Nachweis eines der beiden Modelle blieben Forscher bislang jedoch schuldig.

Nun sieht es so aus, als könnte man die Diskussion beenden. Denn Wissenschaftler aus Polen von der Warsaw University und der Silesian University konnten nun anscheinend zusammen mit Forschern der Technischen Universität München klären, wie die Oberfläche der Kerne beschaffen ist. Dazu beschossen die Physiker in zwei Experimenten über 20 der schweren Isotope mit Antiprotonen. Die Antiteilchen stammten dabei in beiden Fällen aus dem Low-Energy Antiproton Ring (LEAR) des CERN in Genf.

Im ersten Experiment trafen die negativ geladenen Antiprotonen auf Proben der Isotope, wobei sie ähnlich wie Elektronen eine Umlaufbahn um einen Atomkern einschlugen. Diese Konstellation ist jedoch nicht stabil, und die Antiteilchen fallen sukzessive auf tiefere Energieniveaus, bis sie schließlich auf ein Proton oder ein Neutron treffen und beide Teilchen ausgelöscht werden. Die Identität des zerstrahlten Nukleons legt aber fest, was für ein radioaktives Isotop übrig bleibt. Dieses lässt sich wiederum an seiner charakteristischen Zerfallszeit erkennen. Indem die Wissenschaftler all diese Informationen in kernphysikalische Modelle fütterten, konnten sie sich ein Bild des untersuchten Atomkerns machen.

Bei der zweiten Methode bestrahlten die Forscher dünne Filme des Probenmaterials mit den Antiprotonen. Dieses Mal untersuchten sie die Röntgenstrahlung, die emittiert wurde, während die Antiteilchen die Energieniveaus hinabkletterten. Dabei war gerade die Strahlung interessant, die beim letzten Sprung frei wurde, denn das letzte Energieniveau ist aufgrund von Wechselwirkungen zwischen den Antiprotonen und den Teilchen im Kern verschoben. Auch diese Messergebnisse flossen in die Modelle ein und lieferten Aufschluss über die Neutronenverteilung.

Und so kommt Jerzy Jastrzebski von der Warsaw University zu dem Schluss: "Anhand all dieser Daten vermuten wir, dass die Verteilung der Neutronen eher einem Halo ähnelt als einer Haut."