9N: Forscher haben sich einen unmöglichen Atomkern gebaut

Physiker sind nach Experimenten an Teilchenbeschleunigern einem der bisher exotischsten Atomkerne auf die Spur gekommen. Nach den bisherigen Erkenntnissen dürfte dieser im Grunde gar nicht existieren - und tut dies letztlich auch nicht in gewohnter Weise.

Zu viele Protonen

Der stabile Normalzustand der Elemente sieht so aus, dass in einem Atomkern bestenfalls gleich viele Protonen und Neutronen vorhanden sind. Insbesondere ein Überschuss an Protonen ist ein Problem - denn diese Elementarteilchen sind positiv geladen, sodass sie sich gegenseitig abstoßen.

Glücklicherweise gibt es aber mit der starken Wechselwirkung die stärkste der vier grundlegenden Kräfte. Diese ist für den Zusammenhalt der Elementarteilchen zuständig und überbietet den Abstoßungseffekt bis zu einem gewissen Grad. Werden es zu viele Protonen, überwiegt aber die Abstoßung und der Atomkern zerfällt. Wie viele Protonen genau zu viel sein können, bis nichts mehr geht, ist bisher noch immer rätselhaft.

Einer der unausgewogensten Kerne, den man bisher kennenlernte, war ⁸C, ein Kohlenstoff-Atomkern mit sechs Protonen, aber nur zwei Neutronen. Nun haben Forscher der Washington University nach Beschleuniger-Experimenten auch ⁹N-Atomkerne ausgemacht (via Spektrum). Es handelt sich hier also um einen Stickstoffkern mit neun Protonen, der aber ebenfalls nur zwei Neutronen mitbringt.

Schießen mit Sauerstoff

Allein die ungewöhnliche Zusammensetzung ist nicht genug der Rätselhaftigkeit. Fraglich ist auch, ob man das Gebilde letztlich wirklich als ungewöhnlichen Stickstoffkern bezeichnen kann. Denn es gibt nur einen gebundenen Cluster aus zwei Neutronen und zwei Protonen, was eigentlich ein Heliumkern wäre. Die übrigen Protonen befinden sich zwar in einem resonanten Zustand, sind aber eben nicht fest im Kern verankert.

Entstanden ist das ungewöhnliche Gebilde, als man einen ¹³O-Sauerstoffkern auf eine Berylliumfolie schoss. Die Physiker untersuchten dann die Zerfallsenergien, die sich für jede Kernzusammensetzung recht typisch errechnen lassen. Hier kam es zu den genannten Hinweisen auf ⁹N, das aber später durch den Verlust eines Protons zu ⁸C zerfiel. Das Ziel solcher Untersuchungen ist es, mehr Wissen über das Verhalten von Elementarteilchen zu bekommen, die nicht in ihren typischen Konstellationen gebunden sind.


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