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Neue Elemente – schwer zu verdauen

Russische Physiker haben die bislang schwersten Atomkerne der Welt hergestellt – und damit die deutschen Experten abgehängt. Aber was sind Fortschritte in einem Forschungszweig wert, der von einem Fälschungsskandal gebeutelt wurde?

Wenn Dr. Utyonkov auf Fachkongressen Vorträge hält, dann zeigt er Overhead-Folien mit vielen bunten Kästchen: die Elemente des chemischen Periodensystems. Fünf bislang weiße Flecken auf dieser Karte haben er und seine Kollegen vom russischen Kernforschungszentrum in Dubna inzwischen mit Farbe versehen: Die schweren Elemente Nummer 113, 114, 115, 116 und 118. Die neueste Entdeckung war vor wenigen Wochen im Fachblatt Physical Review nachzulesen: die Elemente 115 und 113, hergestellt in einem einzigen Experiment, bei dem sich der Atomkern von 115 nach kurzer Zeit in Element 113 verwandelte. Die Fachwelt staunt über den Erfolg der russischen Elementschmiede.

Lange galten die deutschen Physiker von der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt als die Pioniere der Periodentafel – denn sie hatten die Elemente 107 bis 112 entdeckt.

Doch es ist keineswegs das erste Mal, dass ein Wissenschaftler behauptet, er sei die Periodentafel so extrem weit hinunter gestiegen. Der deutsche Physiker Viktor Ninov hatte bereits 1999 am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien für Aufsehen gesorgt, als er bekannt gab, die Elemente 116 und 118 hergestellt zu haben. Zwei Jahre später entpuppte sich dies als Forschungsbetrug. Zudem stellte sich heraus, dass Ninov bereits Mitte der neunziger Jahre an der GSI in Darmstadt bei der Synthese des Elementes 112 die Daten frisiert hatte. „Das Ganze ist für uns noch immer schwer zu verdauen“, sagt Dr. Dieter Ackermann vom GSI.

Nun erhebt also Vladimir Utyonkovs Team, gemeinsam mit einer amerikanischen Forschergruppe vom Lawrence Livermore National Laboratory, Anspruch auf den Weltrekord in Sachen schwerster Atomkern. Die Amerikaner lieferten das so genannte Target-Material: „Zielscheiben“ aus schweren radioaktiven Atomkernen, zum Beispiel aus Plutonium oder Kalifornium. Sie wurden von den russischen Kernphysikern mit einem Strahl aus Kalzium-Ionen beschossen. In diesem Trommelfeuer verschmolzen jeweils zwei Atomkerne miteinander und bildeten die neuen Elemente. Diese superschweren Atomkerne existieren in der Regel nur für den Bruchteil einer Sekunde, dann zerfallen sie wieder. Die Physiker sind auf der Suche nach längerlebigen schweren Atomkernen, die durch Rechnungen vorhergesagt werden, und die eine völlig neue Form der stabilen Materie bilden könnten. Doch so weit sind Utyonkov und seine Kollegen noch nicht. Ihre Elemente existierten nur für Millisekunden.

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Was aber ist von diesen neuen Ergebnissen zu halten? Kann man Forschern trauen, die behaupten, für extrem kurze Zeit einzelne neue Atomkerne gesehen zu haben? Welche Lehren haben sie aus dem Fälschungsskandal gezogen?

Nachdem das Fehlverhalten von Viktor Ninov publik geworden war, bemühten sich die Kernphysiker zunächst darum, ihn als Einzeltäter hinzustellen. Auch wurden sie nicht müde zu betonen, dass es letztlich der Scientific Community selbst gelungen wäre, den Betrug aufzudecken. Erst später räumte man ein, dass auch Ninovs Kollegen zumindest eine Mitschuld trugen, weil sie ihm ganz allein die Auswertung der Messdaten überlassen hatten – über viele Jahre hinweg.

Vladimir Utyonkov legt großen Wert darauf, dass in seinem Team eine Datenmanipulation durch eine einzelne Person ausgeschlossen sei. „Wir haben unsere Kooperation mit den Kollegen in Livermore von vornherein so angelegt, dass alle Rohdaten in beiden Labors unabhängig voneinander analysiert werden.“ Aber auch diese neue Transparenz hat ihre Grenzen: Deutsche Experten haben keinen Zugang zu den Messdaten der Russen. Sie erhalten lediglich die fertige Publikationen kurz vor dem Erscheinen zur Durchsicht.

An der GSI kennt man natürlich die Schwächen des russischen Experiments: Der so genannte „gasgefüllte Separator“ – die spezielle Apparatur, mit der die Forscher ihre neuen Elemente nachweisen – ist nicht über jeden Zweifel erhaben. So wäre es durchaus möglich, dass die Russen Signale von Bruchstücken registrieren, die aus der Zielscheibe herausgerissen wurden, die aber so aussehen, als stammten sie von superschweren Atomkernen.

Zwar steht im Kernforschungszentrum Dubna eine zweite, verlässlichere Nachweisapparatur, die den Namen Wassilissa (deutsch: die Allweise) trägt. Doch bislang haben die Russen die allerschwersten Elemente 113, 115 und 116 nur mit dem gasgefüllten Separator nachweisen können.

Besonders unsicher ist die Synthese des Elements 118. Hier halten selbst die Russen die Daten für nicht überzeugend genug, um sie zu publizieren. „Wir werden das Experiment erst einmal wiederholen“, verspricht Utyonkov.

Wenn auch noch nicht alle Entdeckungen wasserdicht sind: Die Physiker in Dubna glauben fest daran, dass ihre Daten ein stimmiges Gesamtbild ergeben. Ist das überzeugend? „Ja und nein“, lautet Ackermanns Einschätzung: Ja, die Russen hätten Experimente gemacht, die gut zusammenpassen. So konnten sie etwa direkt nach der Synthese des Elements 116 beobachten, wie dieses sich in einer Zerfallskette nacheinander in die Elemente 114, 112, 110 und so weiter verwandelte – ein Prozess, den sie zuvor in ganz ähnlicher Weise nach der Synthese von Element 114 gesehen hatten. Aber: Die russischen Physiker produzierten auch Daten, die aus dem Rahmen fielen. So beobachteten sie einmal statt einer Zerfallskette eine Kernspaltung des Elements 112. „So etwas haben wir bei unseren Experimenten in Darmstadt bislang nicht gesehen“, wundert sich Ackermann. Letztlich werden die russischen Erfolgsmeldungen erst dann in die Chemie- und Geschichtsbücher eingehen, wenn es gelingt, sie andernorts zu wiederholen.

Die Darmstädter haben bislang mit der „kalten Fusion“ gearbeitet, bei der die Atomkerne mit so wenig Energie aufeinander treffen, dass sie gerade noch das neue Element bilden können. Diese Methode war bis zum Element 112 erfolgreich, danach aber nicht mehr. In Zukunft wollen sie die Methode ihrer russischen Kollegen weiterentwickeln. Diese arbeiten mit der „ heißen Fusion“. Sie schießen ihre Kalzium-Atome mit etwas mehr Energie auf das Zielscheiben-Material als nötig, so dass sich zunächst ein Verbundkern bildet, aus dem dann mehrere Neutronen abgedampft werden, bevor das neue Element entsteht. Vorerst möchte man an der GSI aber „nur“ das Element 104 erschaffen – aus Titan und Blei. Ninovs ehemalige Kollegen in Berkeley wollen diesem „heißen Trend“ folgen.

Neuerdings beteiligt sich auch eine japanische Gruppe an der Aufholjagd: Weil in Tokio derzeit ein großer Teilchenbeschleuniger umgebaut wird, konnten dort Kernphysiker die vorderen Beschleunigungsstrecken der Maschine ausschließlich für die Synthese schwerer Elemente nutzen. Ungestört von anderen Forschern brachten sie in den vergangenen Wintermonaten Tag und Nacht damit zu, Atomkerne aufeinander zu schießen. Dabei gelang es ihnen, die Elemente 110 und 111 herzustellen.

Die Elementmacher in Russland, USA und Deutschland freuen sich über diese neue Konkurrenz. Denn langfristig werden sie den Imageverlust durch die Affäre Ninov nur wettmachen und die Kosten ihrer Wissenschaft nur rechtfertigen können, wenn es gelingt, neue chemische Elemente unabhängig in mehreren Labors herzustellen. ■

Wo Sie noch mehr Informationen bekommen:

· Forschungsbetrugbild der wissenschaft 10/2002, „Auf Grund gelaufen“

·

· Dubna

· www.jinr.ru

·

· Lawrence Livermore National Laboratory

· www.llnl.gov/

·

· schwere Elemente Eine allgemeinverständliche Einführung geben Gottfried Münzenberg und Matthias Schädel in „Moderne Alchemie – die Jagd nach den schwersten Elementen“ (Vieweg, Wiesbaden 1996).

·

· Physical Review

· Y. Oganessian et al., Physical Review C, Band 69 (2004), 021601

·

· GSI

· www.gsi.de

·

· Elemente 107 bis 112

· bild der wissenschaft 2/1995, „Elemente vom Fließband“

·

· Lawrence Berkeley National Laboratory

· www.lbl.gov/

·

· stabile Materie

· bild der wissenschaft 6/2000, „Insel der Stabilität“

·

· japanische Gruppe

· www.riken.go.jp/

Jan Lublinski

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