Präzisionsmessungen bestätigen Theorie der Kernkräfte
Nachweis von Dreiteilchenkräften hilft, die Entstehung von Elementen im Universum und die Physik von Neutronensternen besser zu verstehen.
Die Gruppe um Achim Schwenk an der Technischen Universität Darmstadt hatte Vorhersagen erarbeitet, die eine höhere Bindungsenergie von Calcium-51 und Calcium-52 vorhersagt, als es aufgrund aktueller Massentabellen zu erwarten wäre. Die theoretischen Physiker berücksichtigten dabei zum ersten Mal Dreiteilchenkräfte, die zwischen jeweils drei Neutronen oder Protonen wirken. Neutronen-Trios treten in den neutronenreichen Kalzium-Isotopen häufiger auf als etwa im sehr stabilen Calcium-40 und erklären so die relativ hohe Bindungsenergie.
Hochpräzise Massenmessungen der neutronenreichen Isotope Calcium-51 und Calcium-52 am Forschungszentrum TRIUMF in Vancouver, Kanada, bestätigten nun die Vermutungen der Theoretiker. Die Messgenauigkeit, die bei solchen Präzisionsmessungen erreicht werden kann, entspricht der Masse einer Büroklammer verglichen mit der eines Jumbojets. Diese Genauigkeit gelang mit Hilfe der TITAN-Ionenfalle, die geladene Teilchen aufgrund ihrer Bewegung in magnetischen und elektrischen Feldern wiegt. Das Ergebnis: Für beide Kalzium-Isotope ergab sich – wie vorhergesagt – eine erheblich größere Bindungsenergie als landläufig erwartet. Statt 20 Neutronen – wie das sehr stabile und häufigste Isotop Calcium-40 – hat Calcium-52 satte 32. „Unsere theoretischen Vorhersagen stimmen hervorragend mit den präzisen Massenmessungen überein“, freut sich Schwenk.
Die neuen Erkenntnisse machen neutronenreiche Atomkerne, wie sie auch am GSI Helmholtzzentrum und bei FAIR in Darmstadt entdeckt und untersucht werden können, besonders spannend im Hinblick auf das fundamentale Verständnis und auf neue Aspekte der Kernkräfte. Neutronenreiche Atomkerne, solche mit wesentlich mehr Neutronen als Protonen, befinden sich am Rande des Erkenntnisstands der Kernphysiker. Sie zu verstehen sehen Forscher als sehr wichtig an, denn die neutronenreichen Kerne spielen für die Entstehung schwerer Elemente eine zentrale Rolle. Die neuen Ergebnisse helfen daher, die Elemententwicklung im Universum besser nachvollziehen zu können. Auch ebnen sie den Weg für verbesserte Vorhersagen von Massentabellen und zum Verständnis von Neutronensternen, in denen Neutronen ähnlich dicht wie in neutronenreichen Atomkernen aneinander gepackt sind.
TUD / OD
