Physiker suchen nach Hinweisen für die Bildung von Elementen auf den Inseln der Inversion
Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat neue Erkenntnisse zu der Frage gewonnen, wie sich schwerere Elemente während großer Sternenexplosionen bilden. Das teilweise von der EU finanzierte Team kam zu seinen Schlussfolgerungen, nachdem es sogenannte Inseln der Inversion untersucht hatte, wo Atomkerne unerwartete Formen annehmen. Erschienen ist die Studie in der Fachzeitschrift Physical Review Letters. Die EU förderte die Arbeit über das Projekt EURONS ("European nuclear structure integrated infrastructure initiative"), das 14 Mio. EUR aus dem Budget für "Forschungsinfrastrukturen" des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) erhalten hat. Bei seiner Entstehung enthielt das Universum nur die leichtesten Elemente - Wasserstoff und Helium. Andere Elemente wie Kohlenstoff oder Sauerstoff entstanden erst später durch die Fusion von Atomkernen im Inneren von Sternen. Elemente, die schwerer sind als Eisen (einschließlich Gold, Silber und Uran) verdanken ihre Existenz gigantischen Sternexplosionen, auch Supernovae genannt. Wenn Sterne explodieren, entsteht eine Vielzahl massereicher Atomkerne, die normalerweise über verschiedene kurzlebige Zwischenstadien zu stabilen Elementen zerfallen. Atomkerne bestehen aus unterschiedlich vielen Protonen und Neutronen, und Kernphysiker haben ein Modell entwickelt, das für bestimmte Neutronen- und Protonenzahlen eine besondere Stabilität voraussagt. Von besonderem Interesse für Physiker sind sogenannte "magische Zahlen"; wenn die Anzahl von Protonen und Neutronen eines Kerns einer "magischen Zahl" entspricht, besitzt er eine stabile Struktur und eine fast perfekte Kugelform. Doch es gibt auch "magische" Atomkerne, die von der erwarteten Schalenstruktur abweichen: sie bilden sogenannte "Inseln der Inversion". Ein Beispiel hierfür ist das Isotop Magnesium-32, dessen Kern aus 20 Neutronen und 12 Protonen besteht. Der Kern sollte somit eigentlich magisch sein und der Theorie zufolge eine sphärische Form haben. Doch tatsächlich nimmt der Kern im niedrigsten Energiezustand eher die Form eines American Footballs an. Für die Untersuchung dieser Insel der Inversion schufen die Forscher Magnesium-32, indem sie einen Magnesium-30-Strahl auf eine Titanfolie schossen, die mit Tritium, schwerem Wasserstoff, beladen war. In diesem Prozess wurden zwei Neutronen vom Tritium- auf den Magnesium-Kern übertragen, der sich damit in Magnesium-32 umwandelte. Die Untersuchungen fanden an der Europäischen Organisation für Kernforschung CERN in der Schweiz statt. Die Theorie besagt, dass Magnesium-32 erst bei hohen Anregungsenergien von seiner deformierten Gestalt in eine sphärische Form wechseln sollte. In dieser Studie konnten die Forscher nun erstmals die Existenz eines kugelförmigen Magnesium-32-Kerns nachweisen. Tatsächlich fanden sie heraus, dass Magnesium-32 einen kugelförmigen Kern bereits bei viel niedrigerer Energie als theoretisch vorhergesagt erhielt. Den Forschern zufolge stelle dies die Genauigkeit der Modelle zur Beschreibung der Veränderung in der atomaren Struktur in Frage. Weitere Experimente sind erforderlich, bevor die Forscher eine vollständige Beschreibung der Vorgänge auf den Inseln der Inversion liefern können. "Die Freude war groß, dass es uns endlich gelungen ist, auch die sphärische Form des Magnesium-32-Kerns nachweisen zu können", sagt Professor Reiner Krücken, Inhaber des Lehrstuhls für Physik der Hadronen und Kerne an der Technischen Universität München in Deutschland. "Doch diese Erkenntnisse stellen uns Physiker auch gleich wieder vor neue Herausforderungen. Um den genauen Verlauf der Elementsynthese in Sternexplosionen vorherzusagen, müssen wir den Mechanismus genauer verstehen, der die veränderte Schalenstruktur herbeiführt." An der Studie nahmen außerdem Wissenschaftler in Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Spanien, dem Vereinigten Königreich und den Vereinigten Staaten teil.Weitere Informationen unter: Technische Universität München: http://www.tumuenchen.de/ Physical Review Letters: http://prl.aps.org/
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Belgien, Schweiz, Deutschland, Dänemark, Spanien, Frankreich, Italien, Vereinigtes Königreich, Vereinigte Staaten