Wissenschaftler von mehreren Institutionen haben eine neue Methode zur Analyse von Halokernen erfolgreich getestet. Die Gruppe besteht aus Forschern der Johannes Gutenberg-Universität Mainz, der Texas A&M University, des Brookhaven National Laboratory, der Michigan State University und der University of Surrey. Diese Methode, die als Verhältnismethode bekannt ist, wurde experimentell belegt und in dem renommierten Fachjournal Review Physics Letters veröffentlicht.
Halokerne, eine Klasse von Atomkernen, zeichnen sich durch ihre Größe und instabilen Eigenschaften aus. Ein Beispiel ist Beryllium-11, dessen Halbwertszeit nur 13 Sekunden beträgt. Diese Kerne haben das Potenzial, sich von einem oder zwei Neutronen zu lösen, was einen diffusen Halo um einen kompakten Kern bildet.
Die Verhältnismethode im Detail
Die Verhältnismethode wurde ursprünglich 2011 von Pierre Capel, Ronald C. Johnson und Filomena M. Nunes entwickelt. Ziel dieser Methode ist es, die Struktur der Halokerne präzise zu bestimmen, indem das Verhältnis ihrer Streu- und Zerfallswinkelquerschnitte analysiert wird. Dadurch lassen sich experimentelle Einflüsse minimieren, was zu einer höheren Genauigkeit führt.
Für das experimentelle Team war es entscheidend, Beryllium-11 an der Texas A&M University zu erzeugen. Anschließend kollidierten sie dieses Isotop mit Kohlenstoff-12. Die Resultate zeigten, dass die Wirkungsquerschnitte für Streuung und Zerfall ähnliche Merkmale aufweisen, was die Gültigkeit der Verhältnismethode bestätigte.
Ausblick und zukünftige Experimente
Im Rahmen ihrer Forschung planen die Wissenschaftler, auch Kohlenstoff-19 zu untersuchen. Diese zukünftigen Experimente sollen eine präzisere Bestimmung der Trennungsenergie ermöglichen und wertvolle Informationen über die Halostruktur liefern. Das dazugehörige Experiment wird am FRIB (Facility for Rare Isotope Beams) stattfinden, das als leistungsstärkster Schwerionenbeschleuniger gilt und maßgeblich von der Michigan State University betrieben wird.
Zusätzlich wird erwartet, dass Daten aus dem FRIB-Experiment zur gleichzeitigen Messung von elastischen Streu- und Zerfallskreuzabschnitten für Kohlenstoff-19 beitragen. Dies könnte wichtige Einsichten in die Eigenschaften von Kohlenstoff-18, Kohlenstoff-19 und Bor-18 liefern. Das Vorhaben wird durch das U.S. Department of Energy (DOE) und dessen Office of Science unterstützt, das als größter Förderer der Grundlagenforschung in den physikalischen Wissenschaften in den USA fungiert.
Die Verhältnismethode stellt somit einen bedeutenden Fortschritt in der Kernphysik dar, da sie eine verbesserte Genauigkeit bei der Analyse instabiler Isotope ermöglicht. Die kombinierte Expertise der beteiligten Institutionen verspricht, grundlegende Fragen der nuklearen Astrophysik und der fundamentalen Wechselwirkungen aufzuklären.
