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Atomkern Sauerstoff-28 erstmals erzeugt und nachgewiesen
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung
GmbH
astronews.com
24. Oktober 2023
Im japanischen Forschungszentrum RIKEN ist es erstmals
gelungen, den seit langem gesuchten Atomkern Sauerstoff-28 zu erzeugen und
nachzuweisen. Eine besondere Rolle dabei spielte der Neutronendetektor NeuLAND,
eine wichtige Komponente des zukünftigen Beschleunigerzentrums FAIR in
Darmstadt. Der Nachweis ist für das Verständnis der Elemententstehung im
Universum von Bedeutung.
Der NeuLAND-Messaufbau bei GSI/FAIR.
Bild: G. Otto, GSI/FAIR [Großansicht] |
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des GSI Helmholtzzentrums für
Schwerionenforschung und der Technischen Universität Darmstadt ist es gemeinsam
mit einem internationalen Team gelungen, zum ersten Mal den lange gesuchten
Sauerstoff-Atomkern ²⁸O zu erzeugen und nachzuweisen. Durchgeführt wurde das
Experiment am japanischen Forschungszentrum RIKEN. Entscheidend war dabei der
erstmalige Einsatz des meterhohen und tonnenschweren Neutronendetektors NeuLAND,
der für das zukünftige Beschleunigerzentrum FAIR (FAIR steht für Facility
for Antiproton and Ion Research) in Darmstadt entwickelt wurde. An FAIR
wird er wichtiger Bestandteil eines der ersten Experimente sein, die ab 2028 in
Betrieb gehen sollen.
Das Experiment wurde an der Radioactive Ion Beam Factory (RIBF) am
Forschungszentrum RIKEN in Japan durchgeführt. Dabei wurden die ²⁸O-Kerne in
Kollisionen von beschleunigten Ionen des radioaktiven Fluor-Isotops ²⁹F mit
einem Wasserstoff-Target erzeugt, bei denen ein Proton aus dem Fluor
herausgeschossen wurde. Im Anschluss musste nun der Zerfall des ²⁸O in ²⁴O und
vier Neutronen nachgewiesen werden. Dank des Einsatzes des NeuLAND-Neutronendetektors
konnten in dem Experiment erstmalig vier Neutronen in Koinzidenz mit dem
geladenen Restkern vermessen werden.
"NeuLAND wird bei GSI/FAIR entwickelt und unter Beteiligung deutscher
Universitätsgruppen für das R3B-Experiment an der FAIR-Anlage gebaut. Für die
aktuelle Messung haben wir den Detektor nach Japan zum RIKEN geflogen und vor
Ort wieder in Betrieb genommen", erläutert Professor Thomas Aumann, der bei
GSI/FAIR die Forschungsabteilung "Kernreaktionen" leitet und an der TU Darmstadt
eine Professur für die experimentelle Kernphysik mit exotischen Ionenstrahlen
innehat. "Für die Durchführung war ein außerordentlicher Aufwand notwendig, bei
dem die Darmstädter Gruppen bei GSI/FAIR und an der TU Darmstadt einen zentralen
Beitrag geleistet haben."
Das stabilste Sauerstoff-Isotop ist aus acht Protonen und acht Neutronen
aufgebaut, während ²⁸O aus acht Protonen und 20 Neutronen besteht. Das
Verständnis der Eigenschaften solcher extrem neutronenreichen Kerne ist von
großer Bedeutung für die Weiterentwicklung und für Tests der modernen
Kerntheorien. Diese bilden wiederum die Grundlage zur Vorhersage und dem
Verständnis von Eigenschaften neutronenreicher Kerne und neutronenreicher
Kernmaterie, die in unserem Universum eine große Rolle spielen, beispielsweise
bei der Synthese der schweren Elemente. Sie entstehen unter anderem bei
Kollisionen von Neutronensternen, die unlängst durch die
Multi-Messenger-Astronomie mithilfe der Messung von Gravitationswellen
nachgewiesen werden konnten.
"Das Ergebnis beleuchtet eindrücklich die Relevanz und den Beitrag der für
FAIR entwickelten Messaufbauten, wie in diesem Beispiel dem NeuLAND-Detektor,
der für die Durchführung des Experiments unerlässlich war“, sagt Professor Paolo
Giubellino, wissenschaftlicher Geschäftsführer von GSI und FAIR. "Gemeinsam mit
unseren japanischen Kolleginnen und Kollegen, mit denen eine langjährige
erfolgreiche Zusammenarbeit besteht, und in einem internationalen Team aus
Spitzenforschenden konnte dieses hervorragende Ergebnis erzielt werden, auf das
alle Beteiligten sehr stolz sein können."
Die Ergebnisse wurden in einem Fachartikel veröffentlicht, der in der
Zeitschrift Nature erschienen ist.
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