Atomkerne: Blick auf die Insel der Stabilität

Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen einen indirekten Blick auf die "Insel der Stabilität" der Kernphysik zu werfen.

Liverpool (Großbritannien)/Darmstadt - Darunter verstehen die Physiker einen Bereich, in dem superschwere Atomkerne relativ stabil sind -- inmitten eines "Meeres" instabiler, also rasch zerfallender Atomkerne. Denn je schwerer Atomkerne werden, desto schneller zerfallen sie normalerweise. Bislang ist es nicht gelungen, diese Insel experimentell -- durch die künstliche Erzeugung superschwerer Atomkerne -- zu erreichen. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt "Nature" berichten, gelang es ihnen nun jedoch erstmals, energetische Zustände des schweren Elements 254 Nobelium genau zu untersuchen. Auf diese Weise lassen sich die kernphysikalischen Modelle testen und so künftig bessere Vorhersagen über die genaue Lage der "Insel der Stabilität" machen.

"Unsere Messungen liefern einen mikroskopischen Fixpunkt für nukleare Modelle der superschweren Elemente", heben die Forscher um Rolf-Dietmar Herzberg von der University of Liverpool die Bedeutung ihrer Arbeit hervor, an der auch Wissenschaftler der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt beteiligt waren. Nobelium ist das Element 102, es besitzt also 102 Protonen in seinem Kern. Atome eines Elements können unterschiedlich viele Neutronen enthalten, Physiker sprechen von "Isotopen". Das Isotop 254 Nobelium enthält 152 Neutronen, also insgesamt 254 Kernbausteine. Durch den Beschuss von Blei mit Kalziumatomen konnten Herzberg und Kollegen pro Stunde 200 Nobelium-Kerne dieses Isotops herstellen und deren Zerfall beobachten.

Je mehr Protonen Atomkerne enthalten, desto stärker werden die elektrischen Abstoßungskräfte in ihnen, denn die Protonen sind elektrisch positiv geladen. Deshalb werden die Atomkerne mit zunehmender Protonenzahl immer instabiler und deshalb ist es auch so schwer, superschwere Atomkerne zu erzeugen. Die schwersten im Experiment erzeugten Atomkerne besitzen derzeit 118 Protonen. Zwar sagen einige Modelle voraus, dass die "Insel der Stabilität" bei einer Protonenzahl von 114 liegt -- aber bei einer Neutronenzahl von 184. Davon sind die Experimente noch um acht bis zehn Neutronen entfernt.

Die genaue Lage dieser Stabilitätsinsel hängt aber von Einzelheiten der Theorien ab, die bislang nicht überprüft werden konnten: Die Stabilitätszone könnte auch bei 120, 124 oder 126 Protonen liegen oder überhaupt nicht existieren. Hier nun bringen die Experimente von Herzberg und Kollegen die Physiker einen großen Schritt voran. Denn ein Teil der von ihnen erzeugten Nobelium-Kerne befand sich in energetisch angeregten Zuständen, deren Vermessung Rückschlüsse auf die genaue Struktur der Atomkerne und so einen Vergleich mit den Vorhersagen der theoretischen Modelle zulassen. Um die genaue Lage der "Insel der Stabilität" zu bestimmen, wären allerdings weitere Messungen mit zu 254 Nobelium benachbarten Isotopen nötig -- und die sind leider weitaus schwieriger herzustellen.