News: Beim Strahlen erwischt
Bismut galt bisher als das schwerste noch stabile Element des Periodensystems. Doch einige Wissenschaftler hatten da ihre Zweifel - anscheinend zu Recht.
© (Ausschnitt)
Es kommt gar nicht so selten vor, dass Forscher nach etwas suchen, aber über etwas ganz anderes stolpern. So wurde zum Beispiel die Entdeckung der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung im Universum oder die der Radioaktivität eigentlich per Zufall gemacht.
Und Pierre de Marcillac sowie seine Kollegen von der Université Paris Sud wollten eigentlich "nur" bessere Detektoren, so genannte Bolometer, für die Suche nach Dunkler Materie entwickeln. Diese Nachweisgeräte stellen auf indirektem Wege die Anwesenheit von Teilchen fest, indem sie die Erwärmung des Detektormaterials durch die Absorption der gesuchten Partikel messen.
Doch beim Test eines auf 100 Millikelvin abgekühlten Bolometers aus einem Kristall einer Bismutverbindung (Bi4Ge3O12) maßen die Forscher auf einmal energiearme Alpha-Teilchen, wo keine sein sollten. Erst nachdem sie alle Fehler und sonstige Verunreinigungen ausgeschlossen hatten, dämmerte ihnen, dass möglicherweise das Detektormaterial selbst die Quelle der Strahlung sein könnte.
Als Übeltäter kam allerdings nur Bismut in Frage – und damit wären die Forscher auf etwas gestoßen, wonach Kernphysiker schon seit über 50 Jahren bislang vergebens suchen: Den Zerfall des vermeintlich schwersten stabilen Elements in Thallium.
Vorausgesagt wurde die Instabilität von Bismut schon lange. Nur nachweisen konnte es bisher niemand – und das ist auch kein Wunder. Schließlich befindet sich das einzig natürlich vorkommende Bismut-Isotop mit der Massenzahl 209 in direkter Nachbarschaft zu Blei-208, welches eine Stabilitätsinsel bildet. Damit bezeichnet man schwere Atomkerne, die aufgrund ihrer inneren Zusammensetzung, besonders langlebig sind.
Deswegen sollte auch Bismut-209, das sich im Kern lediglich durch ein zusätzliches Proton von Blei-208 unterscheidet, nur sehr selten spontan zerfallen – so langsam, dass seine Umwandlung gar nicht auffällt. Und noch dazu müssten die Alphateilchen, die es dabei aussendet, äußerst langsam und dadurch sehr schwer nachzuweisen sein.
Doch de Marcillac und seinen Kollegen gelang offensichtlich der Nachweis mit dem Bolometer. Denn der Energiewert der geheimnisvollen Alphateilchen von drei Millionen Elektronenvolt stimmte tatsächlich mit dem überein, der für den Zerfall von Bismut-209 erwartet wurde.
Auch die von den Forschern gemessene Halbwertszeit deckte sich mit den Vorhersagen: Sie liegt bei etwa 2·1019 Jahren – und das ist immerhin mehr als das Milliardenfache des Alters des Universums. Man kann also getrost sagen, dass Bismut beinahe stabil ist. Allerdings gilt auch hier: Knapp daneben ist auch vorbei.
Und Pierre de Marcillac sowie seine Kollegen von der Université Paris Sud wollten eigentlich "nur" bessere Detektoren, so genannte Bolometer, für die Suche nach Dunkler Materie entwickeln. Diese Nachweisgeräte stellen auf indirektem Wege die Anwesenheit von Teilchen fest, indem sie die Erwärmung des Detektormaterials durch die Absorption der gesuchten Partikel messen.
Doch beim Test eines auf 100 Millikelvin abgekühlten Bolometers aus einem Kristall einer Bismutverbindung (Bi4Ge3O12) maßen die Forscher auf einmal energiearme Alpha-Teilchen, wo keine sein sollten. Erst nachdem sie alle Fehler und sonstige Verunreinigungen ausgeschlossen hatten, dämmerte ihnen, dass möglicherweise das Detektormaterial selbst die Quelle der Strahlung sein könnte.
Als Übeltäter kam allerdings nur Bismut in Frage – und damit wären die Forscher auf etwas gestoßen, wonach Kernphysiker schon seit über 50 Jahren bislang vergebens suchen: Den Zerfall des vermeintlich schwersten stabilen Elements in Thallium.
Vorausgesagt wurde die Instabilität von Bismut schon lange. Nur nachweisen konnte es bisher niemand – und das ist auch kein Wunder. Schließlich befindet sich das einzig natürlich vorkommende Bismut-Isotop mit der Massenzahl 209 in direkter Nachbarschaft zu Blei-208, welches eine Stabilitätsinsel bildet. Damit bezeichnet man schwere Atomkerne, die aufgrund ihrer inneren Zusammensetzung, besonders langlebig sind.
Deswegen sollte auch Bismut-209, das sich im Kern lediglich durch ein zusätzliches Proton von Blei-208 unterscheidet, nur sehr selten spontan zerfallen – so langsam, dass seine Umwandlung gar nicht auffällt. Und noch dazu müssten die Alphateilchen, die es dabei aussendet, äußerst langsam und dadurch sehr schwer nachzuweisen sein.
Doch de Marcillac und seinen Kollegen gelang offensichtlich der Nachweis mit dem Bolometer. Denn der Energiewert der geheimnisvollen Alphateilchen von drei Millionen Elektronenvolt stimmte tatsächlich mit dem überein, der für den Zerfall von Bismut-209 erwartet wurde.
Auch die von den Forschern gemessene Halbwertszeit deckte sich mit den Vorhersagen: Sie liegt bei etwa 2·1019 Jahren – und das ist immerhin mehr als das Milliardenfache des Alters des Universums. Man kann also getrost sagen, dass Bismut beinahe stabil ist. Allerdings gilt auch hier: Knapp daneben ist auch vorbei.
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