Nach dem Schalenmodell besitzen Atomkerne mit so genannten magischen Nukleonenzahlen (2, 8, 20, 28, 50, 82 und 126) – analog zu Edelgasen mit abgeschlossenen Elektronenschalen – besondere Eigenschaften. Bisher sind erst zehn Kerne mit doppelt magischen Nukleonenzahlen beobachtet worden.

Das radioaktive Zinn-132 setzt sich aus 50 Protonen und 82 Neutronen zusammen und gehört demnach dem Schalenmodell zufolge zu diesen zweifach magisch Kernen – im Vergleich zu Nachbarisotopen sollte hier eine stabilere Kernkonfiguration vorliegen. Kate Jones von der University of Tennessee in Knoxville und ihre Kollegen konnten nun erstmals nachweisen, dass das kurzlebige Zinnisotop tatsächlich abgeschlossene Protonen- und Neutronenschalen besitzt.

Dazu schossen die Wissenschaftler Zinn-132-Kerne auf eine dünne Plastikfolie, in deren Molekülstruktur an Stelle von normalem Wasserstoff das aus einem Proton und einem Neutron bestehende Isotop Deuterium eingebaut war. Beim Durchgang durch den Kunststoff nahmen die Zinnkerne dann einzelne Neutronen auf, wodurch Zinn-133 entstand. Im Anschluss untersuchten Jones und ihr Team die Quantenzustände des eingefangenen Neutrons.

Die Eigenschaften von Zinn-133 werden nahezu vollständig durch dieses einzelne zusätzliche Neutron bestimmt, schreiben die Autoren. Das Experiment lege somit nahe, dass Zinn-132 über abgeschlossene Protonen- und Neutronenschalen verfügt und das Schalenmodell auch für neutronenreiche Kerne seine Gültigkeit behält.

Die Forscher hoffen, anhand der Ergebnisse auch Eigenschaften von Atomkernen abschätzen zu können, die noch instabiler sind als das untersuchte Zinnisotop. Dazu gehören unter anderem solche, die am schnellen Neutroneneinfang in Supernovae beteiligt und damit essenziell für die Bildung vieler schwerer Elemente sind. (mp)