28.06.2012

Universität zu Köln

Schwerstes symmetrisches doppeltmagisches Isotop untersucht

Einer Gruppe internationaler Kernphysiker ist es gelungen, das Isotop Zinn-100, einen sehr exotischen instabilen Atomkern, in genügender Menge zu erzeugen und seinen Zerfall zu messen. Das Isotop mit dem wissenschaftlichen Namen 100Sn hat den schwerstmöglichen „doppelt-magischen“ Kern mit gleicher Zahl von Protonen und Neutronen. Wie die Wissenschaftler in „Nature“ berichten, wurde die Stärke dieses Zerfalls zum ersten Mal experimentell bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass von allen bisher untersuchten Atomkernen beim Isotop 100Sn der Beta-Zerfall am stärksten ist. Die Messungen wurden in Rahmen des RISING Projekts an GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH in Darmstadt durchgeführt. Kernstück dieses Experimentieraufbaus sind die EUROBALL Cluster Detektoren für hochauflösende Spektroskopie von Gamma-Strahlung, die am Institut für Kernphysik der Universität zu Köln entwickelt worden sind. Beteiligt an dem Experiment waren die Kölner Kernphysiker Dr. Andrey Blazhev und Dipl. Phys. Norbert Braun vom Institut für Kernphysik. Geleitet wurde das Experiment vom Lehrstuhl E12 für Experimentalphysik der Technischen Universität München. Der Artikel ist am 21. Juni in Nature erschienen: “Superallowed Gamow–Teller decay of the doubly magic nucleus 100Sn”, C.B. Hinke et al., Nature 486(7403):pp.341-345, 21 Jun 2012

Das Zinn-100-Isotop liegt durch seine „doppeltmagische“ Struktur und der gleichen Anzahl Protonen wie Neutronen in einem Extrem der physikalischen Möglichkeiten und ist deswegen von großem Interesse für die Wissenschaftler. Analog zu Atomelektronschalen gibt es eine Schalenstruktur der Atomkerne. Diese Schalenstruktur der Atomkerne zeigt sich durch die sogenannten „magischen Zahlen“, d.h. eine bestimmte Anzahl von Protonen oder Neutronen im Kern: 2, 8, 20, 28, 50, 82 und 126. Doppeltmagisch sind Kerne bei denen beide Kernteilchenarten jeweils eine magische Zahl haben. Die Forscher untersuchten in der vorliegenden Arbeit eine Form des radioaktiven Zerfalls, den sogenannten Beta+ -Zerfall. In einem Beta+ -Zerfall wird in einem Kern, ein Proton in ein Neutron umgewandelt. Dabei wird ein Positron-Neutrino Paar aus dem Kern emittiert. Wenn die Spins von Positron und Neutrino parallel sind, nennt man dies einen Gamow-Teller Zerfall.

Die Stärke des Gamow-Teller Zerfalls hängt von der Kernstruktur der Isotope ab. In der vorliegenden Arbeit wurde der Gamow-Teller Zerfall des instabilen Zinn-Isotops 100Sn untersucht. „Dieser Gamow-Teller Zerfall hat die größte Stärke von allen bisher untersuchten Kernen“, erklärt Dr. Andrey Blazhev vom IKP. „Das wurde auch theoretisch vorhergesagt, konnte aber erst jetzt experimentell nachgewiesen werden.“ Analog zu den superallowed (supererlaubten)-Fermi Zerfällen, wird jetzt zum ersten Mal auch der Begriff superallowed Gamow-Teller Zerfall für diesen Fall benutzt. Die große Zerfallsstärke wird sehr gut durch die im Artikel mitveröffentlichten modernen theoretischen Kern-Schalen-Model Rechnungen wiedergegeben.

Die Kölner Beteiligung am Experiment entspringt einer langen Zusammenarbeit der beteiligten Wissenschaftler. Im Rahmen der RISING (2003-2009) und PreSPEC (2010-) Kollaborationen für Experimente an der GSI, Darmstadt, hat das IKP, Universität zu Köln, seit 2003 bis heute auch an vielen anderen interessanten und erfolgreichen Experimenten teilgenommen und solche auch selber geleitet.

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