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Vorsicht instabil!

Japanische Wissenschaftler haben eine neue Methode zur Untersuchung von Atomkernen mit nur schwach gebundenen äußeren Neutronen entwickelt. Dabei werden die Kerne auf eine Probe aus Blei geschossen, und die beim Aufprall abgegebenen Neutronen mit einer cleveren Anordnung von Neutronendetektoren analysiert. Auf diese Weise konnten die Forscher zeigen, dass die Wechselwirkung der äußeren Neutronen untereinander für den Zusammenhalt des zerbrechlichen Kerns von großer Bedeutung ist.

Takashi Nakamura und seine Kollegen vom Tokyo Institute of Technology untersuchten in ihrem Experiment Kerne des Elements Lithium-11. Dessen Atomkerne bestehen vereinfacht gesagt aus einem gewöhnlichen, stabilen Lithium-9 Kern, der mit zwei nur schwach gebundenen Neutronen angereichert ist. Aufgrund der nur schwachen Bindung als „Halo-Kern“ bezeichnet, stellt dieser Kern in gewisser Weise ein quantenmechanisches Analogon zum berüchtigten Drei-Körper-Problem der Mechanik dar.

Um die Wechselwirkungen der drei Bestandteile von Lithium-11 ? dem stabilen Lithium-9 Kern und der beiden zusätzlichen Neutronen ? genau zu untersuchen, schossen die Forscher die Kerne in einem niederenergetischen Strahl auf einen Körper aus Blei. Mittels zwei hintereinander angeordneten, für Neutronen empfindlichen Detektoren konnten die Wissenschaftler dann die Bindungsenergien der drei Partner untereinander bestimmen.

Dabei stellte sich heraus, dass die über die Starke Wechselwirkung vermittelte Kraft zwischen den beiden Neutronen für den Zusammenhalt des Kerns entscheidend ist. Sobald diese durch den Aufprall auf den Bleikörper unterbrochen wird, zerfällt der gesamte Kern.

Lithium-11 stellt somit ein interessantes Beispiel für ein Drei-Körper-Problem dar, so Nakamura. Obwohl die Grundzüge der bisherigen Theorie der Halo-Atomkerne durch das Experiment bestätigt worden sind, wollen die Forscher nun darangehen, zusammen mit Theoretikern noch verbleibende kleine Unstimmigkeiten auszuräumen.

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Physical Review Letters, 30. Juni 2006 Stefan Maier
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