Helmholtz Forschungsakademie - Hessen für FAIR

Wissenschaftler der HFHF entdecken Heliumkerne in schweren Atomkernen

Atomkerne setzen sich aus Neutronen und Protonen zusammen, die durch das Wirken der Starken Wechselwirkung zusammengehalten werden. Doch ist es auch möglich, daß sich kleine Atomkerne in größeren Atomkernen befinden?

Dieser Frage gingen Wissenschaftler der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR nach. Mit Hilfe hochenergetisch aufgeladener Protonen wurde versucht gezielt Nukleonen und vorgeformte Kern-Cluster aus Atomkernen herauszuschlagen.

Tom Aumann ist dies mit seinem Team bei einem Experiment am Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Osaka in Japan an Heliumkernen in verschiedenen Zinn-Isotopen gelungen. Dabei konnten die Wahrscheinlichkeiten für ihre Formierung entlang der Zinn-Isotopenkette studiert werden. Theoretisch vorhergesagt wurden diese Ergebnisse bereits von einer Forschungsgruppe von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Darmstadt, des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung und des RIKEN Nishina Centers for Accelerator-Based Science in Tokyo. Genaueres kann in dem aktuellen Beitrag formation of α-clusters in dilute neutron-rich matter in der Zeitschrift Science nachgelesen werden.

Bisher gab es bereits Theorien, die voraussagen, dass leichte Kerne wie die des Heliums mit Neutronen und Protonen in der Kernmaterie koexistieren. Dabei soll ein Dichtebereich vorherrschen, der weit unterhalb der Sättigungsdichte von Kernmaterie, wie sie im Innern von schweren Atomkernen existiert, liegt. Nun konnte aber genau die an der TU Darmstadt und der GSI entwickelte Theorie experimentell überprüft und bestätigt werden. Die Theorie sagt vorher, dass eine Kondensation von Heliumkernen auch an der Oberfläche von Atomkernen auftreten kann.

Dabei wurden Zinn-Isotope mit hochenergetischen Protonen bestrahlt. Dies hatte zur Folge, dass gestreute Protonen und herausgeschlagene Heliumkerne eindeutig nachgewiesen werden konnten. Hier ist es Prof. Dr. Thomas Aumann und dem Team gelungen, zu zeigen, dass eine direkte nahezu elastische Streuung der Protonen an Heliumkernen in Zinnkernen vorliegt. Außerdem konnte anhand der ermittelten Wirkungsquerschnitte für verschiedene Zinn-Isotope herausgefunden werden, dass die Wahrscheinlichkeit für eine Bildung von Heliumkernen mit dem Neutronenüberschuss der Kerne deutlich abnimmt.

Diese Ergebnisse bestätigen die Vorhersage der Theorie in beeindruckendem Maße, was unser Verständnis von Kernen und Kernmaterie revolutionieren kann. Daher sollen im Rahmen von experimentellen Programmen an den Beschleunigeranlagen des Research Center for Nuclear Physics (RCNP) in Japan sowie bei RIKEN und auch an der neuen FAIR-Anlage weitere kurzlebige neutronenreiche Kerne untersucht werden.

Das Knowhow der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR wird hier weiterhin für überraschende und beeindruckende Ergebnisse sorgen.

Prof. Dr. Thomas Aumann