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Auf dem Weg zu den schweren Elementen. Kurzlebige Cadmiumisotope in der Falle

Einem internationalen Wissenschaftlerteam mit Greifswalder Beteiligung ist es erstmals gelungen, die Bindungsenergien von Atomkernen der exotischen Cadmiumisotope 129Cd, 130Cd und 131Cd massenspektrometrisch zu bestimmen. Die kurzlebigen Teilchen mit Halbwertszeiten von lediglich Sekundenbruchteilen wurden am Ionenseparator ISOLDE des europäischen Forschungszentrum CERN hergestellt und mit einer Penningionenfalle Penning-Falle bzw. einem Multireflexions-Flugzeitspektrometer Flugzeitmassenspektrometer vermessen.

Die Doktoranden Dinko Atanasov (Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg, rechts) und Frank Wienholtz (Uni Greifswald)

Die Resultate bestätigen die erwartete magische Neutronenzahl N=82 und sind von großer Bedeutung für Simulationsrechnungen zum Verständnis der Herkunft der chemischen Elemente im Bereich von Zinn bis Barium, die im Sonnensystem vergleichsweise häufig auftreten. Über die Messergebnisse und begleitende Berechnungen berichtet das internationale Fachmagazin Physical Review Letters in seiner jüngsten Ausgabe (2. Dezember 2015).

Wir sind Sternenstaub – nur Wasserstoff und Helium waren schon kurz nach dem Urknall vorhanden; alle anderen Elemente entstanden und entstehen noch immer in den Sternen. Bis etwa zum Eisen können die Atomkerne im Innern der Sterne heranwachsen. Darüber wird es komplizierter, da beim Aufbau schwererer Kerne nicht etwa Energie freigesetzt, sondern in die Ausgangskerne hineingesteckt werden muss. Explosive, das heißt sehr energiereiche Sternprozesse, wie zum Beispiel Supernovae oder das Zusammentreffen von Neutronensternen und schwarzen Löchern, können die benötigten Energien zur Verfügung stellen. Dabei werden Neutronen an den Ausgangskernen angelagert. Der so erzeugte Neutronenüberschuss führt im Allgemeinen zum Betazerfall, das heißt eine Kernumwandlung mit Erhöhung der chemischen Ordnungszahl bei gleichzeitiger Aussendung eines Elektrons. Wo und wie diese Prozesse stattfinden, ist allerdings noch unklar und Gegenstand aktueller Forschung der nuklearen Astrophysik. In diesem Zusammenhang sind experimentelle Daten über die involvierten, zum Teil extrem kurzlebigen Kerne von großem Interesse.

 

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