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Neuste Forschungshighlights
Präzisionsmassenmessungen liefern wichtige Informationen über Nukleosynthese in Röntgenstrahlungsausbrüchen
Eine der Grundfragen der modernen Astrophysik betrifft die Synthese der chemischen Elemente. Ein kleiner Teil wird durch
Protoneneinfangreaktionen bzw. die Abspaltung von Neutronen erzeugt (sogenannte p-Nuklide). Diese Prozesse finden in besonders
heißen Regionen statt, z.B. auf der Oberfläche von Neutronensternen, auf die aufgrund der Gravitationskraft Materie von benachbarten
Riesensternen (sog. "roten Riesen") überströmt. Dabei kann es zu einer thermonuklearen Explosion kommen, in der die p-Nuklide entstehen.
Dabei entsteht intensives Röntgenlicht, so dass man von einem Röntgenstrahlungsausbruch spricht.
Damit Astrophysiker diesen Nukleosyntheseprozess verstehen können, brauchen sie unter anderem extrem genaue Daten über die Massen der
Atomkerne. Mit dem Massenspektrometer SHIPTRAP am GSI Helmholtzzentrum werden Massenmessungen mit der notwendigen Präzision durchgeführt.
Dort gelang nun einer internationalen Arbeitsgruppe unter Federführung von Gießener und Darmstädter Kernphysikern erstmalig die
direkte Massenmessung von besonderen exotischen Kernen auf dem rp-Prozess-Pfad. Die Messergebnisse zeigen ungewöhnlich große
Abweichungen von den bisher angenommenen Werten.
Welchen Einfluss die neuen Daten auf das Verständnis der Nukleosynthese im rp-Prozess haben, wurde in einer internationalen
Zusammenarbeit mit Astrophysikern untersucht. Mit den neuen Daten erscheint es möglich, dass auf diesem Wege keine Elemente
erzeugt werden, die schwerer als Zinn sind. Außerdem konnten sie einen genaueren Einblick in die physikalischen Bedingungen
gewinnen, die bei diesem Prozess der Nukleosynthese vorherrschen: vermutlich handelt es sich um Temperaturen von mindestens
einer Milliarde Grad Celsius.
Bildung von Reparaturkomplexen an heterochromatischen DNA-Brüchen und Umlagerung der Schäden in Bereiche geringerer
Chromatindichte am GSI Helmholtzzentrum beobachtet
Ein hoher Anteil des Erbgutes besteht aus nicht kodierenden, sich wiederholenden DNA-Sequenzen, die eng mit Protein verpackt als
sogenanntes Heterochromatin im Zellkern vorliegen. Strahleninduzierte Doppelstrangbrüche in diesen sich wiederholenden DNA-Bereichen
könnten vermehrt zu Schäden im Erbgut der Zelle und damit zur Krebsentstehung führen. Anhand früherer Untersuchungen ging man davon aus,
dass Heterochromatin eine Barriere für die Reparatur von DNA-Schäden darstellt. GSI-Wissenschaftler setzten nun hochpräzise
Ionen-Mikrobestrahlung ein, um in diesen dichten DNA-Bereichen von Mäusezellen gezielt DNA-Schäden zu produzieren. In lebenden Zellen
konnte so an DNA-Brüchen im Heterochromatin eine schnelle Aktivierung von Reparaturproteinen beobachtet werden. Weiter war eine
Auflockerung der dichten DNA-Bereiche zu beobachten. Der DNA-Bereich mit den Doppelstrangbrüchen wird dann innerhalb von ca. 20 min an
den Rand des Heterochromatins umgelagert und dort langsam repariert.
Direkte Massenmessung von kurzlebigen A=2Z-1 Nukliden
63Ge, 65As,
67Se, und 71Kr und ihre Auswirkung auf die Nukleosynthese
im rp-Prozess
Die Wege der Nukleosynthese in Sternen können über die Massen von instabilen Kernen bestimmt werden.
Aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer und extrem kleinen Produktionsraten im Labor ist sehr kompliziert,
diese Kerne zu untersuchen. In einem jüngst veröffentlichten Artikel in Physical Review Letters wurden auf der Grundlage von nur wenigen erzeugten Teilchen die Massen von vier Kernen in einem Speicherring durch den Vergleich kleinster Differenzen in ihrer Umlaufzeit gemessen. Das Experiment am Kühler-Speicherring CSRe wurde an dem Institut für Moderne Physik (IMP) bei der Chinesischen Akademie der Wissenschaften in Lanzhou, China, durchgeführt. Besonders hervorzuheben ist, dass der Bau und die Inbetriebnahmen des CSRe mit beträchtlicher Beteiligung von GSI-Forschern durchgeführt wurden.
Die gemessenen Kerne liegen entlang eines Reaktionspfades, dem sogenannten rp-Prozess Pfad. Man glaubt,
dass der rp-Prozess der Grund der explosiven Aussendung energetischer Röntgenstrahlung im Weltraum ist. Diese
explosiven Ereignisse findet man in einem Doppelsternsystem, genauer auf der Oberfläche von Neutronensternen,
die die Materie von einem Begleitstern durch Akkretion aufnehmen. Eine der noch ungelösten Fragen ist, warum
die Ausbrüche für längere Zeiträume von bis zu einigen 100 Sekunden andauern können. Mit den neuen Messergebnissen,
konnte gezeigt werden, dass einer der drei vorgeschlagenen „Wartepunkt“-Kerne, das Nuklid Ge-64, kein wichtiger „Wartepunkt“ ist.
„Wartepunkt“-Kerne sind Atomkerne, die das nukleare Verbrennen hinauszögern. Dies ist ein wichtiges Ergebnis unter
anderem deswegen, da z.B. der Reaktionsverlauf die Durchlässigkeit der Atmosphäre und damit die Einschätzungen
hinsichtlich der Eigenschaften des zugrunde liegenden Neutronensterns beeinflussen. Diese Arbeit wurde von
einem internationalen Team von Wissenschaftlern aus China, Frankreich, Deutschland, Japan und den USA
durchgeführt und ist das Ergebnis einer langen erfolgreichen Zusammenarbeit von IMP und GSI.
Mikroskopische Berechnung der 3He(α, γ)7Be and 3H(α, γ)7Li Einfangs-Wirkungsquerschnitte mit realistischen Wechselwirkungen
Die 3He(α, γ)7Be Einfangsreaktion ist eine der Schlüsselreaktion in der solaren
Proton-Proton-Kette. In Konkurrenz zur 3He(3He, 2p)4He Reaktion bestimmt sie die Produktion
von 7Be und 8B Neutrinos in den ppII und ppIII Zweigen. In den letzten Jahren gab es erhebliche experimentelle
Anstrengungen zur Messung des Wirkungsquerschnitts. Allerdings sind die niedrigen Energien, die für die Reaktionen im Inneren der
Sonne relevant sind, immer noch nicht erreichbar.
Mit Hilfe der Fermionischen Molekulardynamik (FMD) und einer realistischen effektiven Wechselwirkung, die mit der Methode der
unitären Korrelatoren (UCOM) bestimmt wurde haben wir die erste ab initio Rechnung für diese Reaktion
durchgeführt. Neben den einfachen Cluster-Konfigurationen beinhaltet der Modellraum polarisierte und schalenmodellartige
Konfigurationen. Diese zusätzlichen Konfigurationen sind essentiell für die Beschreibung der 7Be
und 7Li Grundzustände und der Streuzustände. Zur Berechnung des Einfangswirkungsquerschnittes werden die
Übergänge von den S- und D-Wellen Streuzuständen in die gebundenden Zustände
berücksichtigt. Wir finden eine sehr gute Übereinstimmung mit den neuen experimentellen Daten sowohl im Hinblick auf die
absolute Normalisierung als auch hinsichtlich der
Energieabhängigkeit.
Direkte Bestimmung des magnetischen Quadrupol-Beitrages im Lyman-α1-Übergang in wasserstoffartigen Ionen
Durch den Einsatz neuartiger, positionsempfindlicher Röntgendetektoren als Compton-Polarimeter ist es erstmals gelungen, die lineare Polarisation der Lyman-α1-Strahlung (2p3/2 -> 1s1/2) in wasserstoffähnlichem Uran (U91+) zu vermessen. Dabei wurde eine deutliche Depolarisation der Lyman-α1-Strahlung beobachtet, die auf Intereferenzeffekte zwischen dem elektrischen Dipol- (E1) und dem magnetischen Quadrupolübergangszweig (M2) zurückzuführen sind. In der vorliegenden Arbeit zeigen wir, dass kombinierte Messungen der Winkelverteilung sowie der Polarisation zu einer präzisen Bestimmung des E1-M2-Amplitudenverhältnisses und damit des Verhältnisses der Übergangsraten genutzt werden können. Im Gegensatz zu früheren Verfahren ist dabei kein Rückgriff auf theoretische Annahmen bezüglich des Besetzungsverhältnisses der magnetischen Unterzustände des angeregten 2p3/2-Zustandes nötig. Dies eröffnet die Möglichkeit, den Bevölkerungsprozess sowie den nachfolgenden Grundzustandsübergang unabhängig voneinander zu untersuchen. Die hohe Genauigkeit des ermittelten Amplitudenverhältnisses wird weitere theoretische Arbeiten auf dem Gebiet der Übergansamplituden in schweren Ionen jenseits der Dirac-Theorie nach sich ziehen.
- G. Weber, H. Bräuning, A. Surzhykov, C. Brandau, S. Fritzsche, S. Geyer, S. Hagmann, S. Hess, C. Kozhuharov,
R. Märtin, N. Petridis, R. Reuschl, U. Spillmann, S. Trotsenko, D. F. A. Winters, and Th. Stöhlker
- Die Onlinepublikation ist zu finden unter: Phys. Rev. Lett. 105, 243002 (2010) [4 pages]
Pairing reentrance phenomenon in heated rotating nuclei in
the shell model Monte Carlo approach
Atomic nuclei exhibit a variety of emergent phenomena, including that of
fermionic pairing; at low energies, most nuclei behave like condensates of
nucleonic Cooper pairs. It comes, therefore, as no surprise that under the
effects of temperature and rotation the atomic nucleus exhibit a phase
transitional behavior similar to the pairing-normal transition and the
Meissner effect seen in superconductors. This work reveals unusual behavior
predicted for the rotated and heated germanium-72. For this nucleus,
consisting of 32 protons and 40 neutrons, the dimension of the associated
configuration space is truly astronomical, of the order of 1024. To overcome
this seemingly intractable barrier, we employed the shell model Monte Carlo
approach and fastest supercomputers. We find that when germanium-72 rotates
slowly, pairing correlations are dramatically reduced above the critical
temperature, as expected. At higher rotational frequencies, however,
nucleonic pairing is reduced at low temperatures due to large angular
momentum polarization, then locally increases, before collapsing again.
Such thermally induced pairing, manifesting itself in an anomalous behavior
of specific-heat and level density, has been postulated in the mid-sixties
in atomic nuclei based on schematic models, and later observed experimentally
in, e.g., magnetic superconductors. Our Monte Carlo work offers the first
realistic description of this elusive phenomenon in atomic nuclei.
- D.J. Dean, K. Langanke, H.A. Nam and W. Nazarewicz
- November 3, 2010: Physical Review Letters, in print
Symmetrieenergie verdünnter warmer Kernmaterie
Die Symmetrieenergie in der Zustandsgleichung von Kernmaterie steuert zahlreiche Phänomene in der Kernphysik.
Sie beschreibt die Abhängigkeit der Bindungsenergie von der Neutron-Proton-Asymmetrie. Die Energie der
Symmetrie beeinflusst die Struktur exotischer Kerne, den Verlauf von Schwerionenkollisionen und
astrophysikalische Prozesse. Die Struktur und die Zusammensetzung von Neutronensternen wird wesentlich
von der Dichteabhängigkeit der Symmetrieenergie bestimmt. Unser empirisches Wissen der Symmetrieenergie
nahe der nuklearen Sättigungsdichte beruht im wesentlichen auf Bindungsenergien von Atomkernen, die durch
die Massenformel von Bethe und Weizsäcker gut beschrieben werden Können. Die Dichteabhängigkeit der
Symmetrieenergie hingegen wird gegenwärtig intensiv diskutiert.
Konventionelle theoretische Berechnungen der Symmetrieenergie, die auf Mittelfeld-Modellen basieren,
scheitern bei der Beschreibung des richtigen Niedertemperatur- und Niederdichteverhaltens.
Dieses wird von Korrelationen beherrscht, insbesondere durch das Auftreten von Bindungszuständen,
wie z.B. Deuteronen oder Helium-Kernen. Eine Beschreibung in der Ein-Nukleon-Quasiteilchen-Näherung
berücksichtigt solche Strukturen nicht. Das richtige Verhalten kann durch eine Virialentwicklung
wiedergegeben werden, die die Clusterbildung in Betracht zieht. Die Gültigkeit dieses Ansatzes ist
jedoch auf sehr kleine Dichten beschränkt. In dieser Arbeit wird ein kürzlich entwickelter
quantenstatistischer Zugang angewendet, der Clusterkorrelationen im Medium erfasst und das
richtige Niederdichteverhalten mit erfolgreichen Quasiteilchenmodellen nahe der Sättigungsdichte
verbindet.
Neue Daten von Schwerionenkollisionen mit ladungsasymmetrischen Kernen wurden verwendet,
um die Symmetrieenergie bei Dichten unterhalb der Sättigungsdichte und Temperaturen
unterhalb von 10 MeV zu bestimmen. In diesen Reaktionen können in Abhängigkeit der
Strahlenergie und der Zentralität des Stoßes vorübergehend Zustände verschiedener
Dichte und Temperatur erreicht werden.
Durch Auswahl geeigneter Observablen lassen sich Effekte der Symmetrieenergie studieren.
Das quantenstatistische Modell sagt Symmetrieenergien voraus, die in sehr guter
Übereinstimmung mit den experimentellen Daten stehen. Dieses Ergebnis zeigt, dass
die medium-abhängige Bildung von Clustern berücksichtigt werden muss, wenn das Verhalten
der Symmetrieenergie bei Dichten unterhalb der Sättigung beschrieben werden soll.
Der theoretische Zugang erlaubt es, die Zusammensetzung und die thermodynamischen
Eigenschaften von Kernmaterie in einem weiten Bereich von Dichten, Temperaturen und
Neutron-Proton-Asymmetrien zu beschreiben, wie sie in der Simulation von Supernovae
benötigt werden.
Kontakt am GSI: Dr. Stefan Typel, S.Typel gsi.de
Zugang zum Artikel PRL 104, 202501 (2010), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Spektralverteilung des Zwei-Photonen-Zerfalls des 2 1S0 Niveaus in He-artigem Zinn
Es wurde eine neue experimentelle Methode zur präzisen Messung der Spektralverteilung des Zwei-Photonen-Zerfalls in
He-artigen Ionen angewandt. Eine erste Messung der Energieverteilung des Zwei-Photonen-Zerfalls des 1s2s 1S0 Niveaus
in He-artigem Zinn wurde mit der vorgestellten Methode am ESR durchgeführt. Hierbei wurden angeregte He-artige Ionen
durch K-Schalenionisation Li-artiger Projektile erzeugt. Dazu wurden Li-artige Ionen in Stößen mit einem molekularen
Stickstofftarget ionisiert und die hierbei auftretende Projektilröntgenstrahlung wurde in Koinzidenz mit den He-artigen
Zinn-Ionen gemessen. Die dabei beobachtete intensive Emission der 2E1-Photonen ermöglichte eine äußerst genaue Studie
des Zwei-Photonen-Kontinuums und somit der Struktur schwerer He-artiger Systeme. Die Nachweistechnik weist gegenüber
der konventionellen Photon-Photon-Koinzidenztechnik mehrere entscheidende Vorteile auf. Die Nachweiseffizienz ist
gegenüber der konventionellen Methode um mindestens zwei Größenordnungen erhöht, und die statistische Unsicherheit
bestimmt nicht länger das Messresultat. Die systematischen Unsicherheiten, die sich aus der Effizienzkorrektur für
den Photonennachweis ergeben, sind ebenfalls wesentlich reduziert, da nur noch die Effizienz eines Detektors und
nicht das Produkt der Effizienzen zweier Detektoren berücksichtigt werden muss. Ein besonderer Vorteil folgt aus
der Tatsache, dass keine Bevölkerung des 1s2p 3P0 Zustands erfolgt, und somit das Kontinuum der 2E1-Spektralverteilung
nicht durch den E1M1-Zerfall des 1s2p3P0 Zustands überlagert wird. Dieser tritt bei hohen Kernladungszahlen auf und kann
nicht vom 2E1-Zerfall des 1s2s 1S0 Zustands experimentell unterschieden werden.
Die gemessene spektrale Verteilung des 1s2s 1S0 2E1-Übergangs wurde mit theoretischen Vorhersagen für verschiedene
Kernladungszahlen Z verglichen. Die experimentellen Befunde sind in hervorragender Übereinstimmung mit den vollständig
relativistischen Strukturrechnungen. Hier muss hervorgehoben werden, dass das experimentelle Zwei-Photonen-Kontinuum
erstmals für He-artige Ionen sensitiv auf die Kernladungszahl des untersuchten Ions ist.
Kontakt am GSI: Sergiy Trotsenko, S.Trotsenkogsi.de
Zugang zum Artikel PRL 104, 033001 (2010), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Dominanz der Breit-Wechselwirkung bei der Röntgenemission von hochgeladenen Ionen
In der relativistischen Theorie der Atome und Moleküle beschreibt die "Breit-Wechselwirkung" sowohl die magnetischen Beiträge als auch die
(relativistische) Retardierung der Elektron-Elektron(e-e)-Wechselwirkung.
Obwohl diese Beiträge bekanntlich bei allen präzisen Vorhersagen zu den Energieniveaus und Eigenschaften freier Atome und Ionen
berücksichtigt werden sollten, führen sie in der Regel - im Vergleich zur Coulombabstoßung zwischen den Elektronen - nur zu (mehr oder
minder) kleinen Korrekturen.
In diesem Letter schlagen wir nun jedoch zwei Messungen zur Winkelverteilung und Polarisation der elektrischen Dipolstrahlung des
1s 2s2 2p1/2 J=1 → 1s2 2s2 J=0 Röntgenübergangs von hochgeladenen, beryllium-ähnlichen
Ionen vor, bei denen die Breit-Wechselwirkung das physikalische Verhalten dominiert and "qualitativ" verändert. Diese Messungen können
mit Hilfe von gegenwärtig verfügbaren Detektoren durchgeführt werden und eröffnen daher ein "neues Fenster", um die e-e-Wechselwirkung in
starken statischen Feldern besser zu verstehen.
Das obige Bild zeigt die vorhergesagte Änderung in der Winkelverteilung des 1s 2s2 2p1/2 J=1 → 1s2
2s2 J=0 Röntgenübergangs für Be-ähnliche Indium- (links), Holmium- (Mitte) und Wismut-Ionen (rechts) nach resonantem
Elektroneneinfang in ursprünglich Li-ähnliche Ionen. Verglichen werden zwei Modellrechnungen, in denen einmal nur die Coulombabstoßung
(blau gestrichelte Linien) und zum anderen die vollständige e-e-Wechselwirkung (Coulomb und Breit; schwarze durchgezogene Linien)
berücksichtigt wurden. Bei einer reinen Coulombabstoßung zwischen den Elektronenpaaren werden die Röntgenphotonen offenbar entlang der
Strahlachse emittiert, während durch den Einfluss der Breit-Wechselwirkung mit zunehmender Kernladung der Ionen eine immer stärkere
Emission senkrecht zur Strahlachse erwartet wird.
Kontakt am GSI: Stephan Fritzsche, S.Fritzschegsi.de
Zugang zum Artikel PRL 103, 113001 (2009), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Resonanter Austausch von longitudinaler und transversaler Strahlqualität am UNILAC
In Beschleunigern werden die Strahlen von Magneten und Beschleunigungs-Spalten auf Ihrer Soll-Bahn
geführt. Magnete fokussieren in transversaler Richtung hin zur Sollbahn, während Beschleunigungs-Spalte die longitudinale Position des
Strahls kontrollieren. Magnete und Beschleunigungsspalte sind in periodischer Weise entlang des Strahlorbits angeordnet. Sie
kontrollieren nicht nur den Strahlschwerpunkt, sondern sie variieren auch die Abmessungen des Strahls in transversaler und longitudinaler
Richtung. Der Strahl wird periodisch breiter bzw. schmaler gemacht und gleichzeitig verlängert bzw. gestaucht. Die transversalen bzw.
longitudinalen Verformungen erfolgen mit unterschiedlichen Frequenzen. Vor etwa 30 Jahren wurde vorhergesagt, dass sich die transversale
Strahl-Qualität (Emittanz) deutlich verbessert, wenn das Verhältnis von longitudinaler zu transversaler Verformungs-Frequenz kleiner
als 1.0 ist. Oberhalb von 1.0 wurden schlechtere Qualitäten vorhergesagt. Die Theorie spricht von einem resonanten Austausch der
Strahlqualitäten bei einem Frequenzverhältnis nahe von 1.0. Am UNILAC ist kürzlich die erstmalige experimentelle Prüfung dieser Theorie
geglückt.
Die Abbildung zeigt die gemessene, transversale Strahl-Emittanz als Funktion des Verhältnisses der Frequenzen von longitudinaler und
transversaler Verformung des Strahls.
Kontakt am GSI: Dr. Lars Groening, la.groeninggsi.de
Zugang zum Artikel PRL 103, 224801 (2009), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Scherviskosität und Relaxationszeit in QCD-Materie
Neuere Messungen von ultrarelativistischen Schwerionenstößen deuten darauf hin, dass die erzeugte stark wechselwirkenden Materie sich
nahezu wie eine perfekte Flüssigkeit verhält. Ein mikroskopisches Verständnis dieser neuen Materieform kann man durch entsprechende
theoretische Studien dissipativer Prozesse erhalten.
Ausgehend von einer mikroskopische Formulierung von T. Koide und T. Kodama, werden in dieser Arbeit die Scherviskosität sowie die
entsprechende Relaxationszeit im Rahmen einer kausalen dissipativen Hydrodynamik berechnet. Zuerst wird durch Umformungen eine kompaktere
Form des exakten Ausdrucks hergeleitet. Dieser wird dann benutzt, um die Transportkoeffizienten sowohl in chiraler Störungstheorie als
auch in perturbativer QCD zu berechnen. Es wird gezeigt, dass in führender Ordnung die kausale Scherviskosität η sich auf die bekannte
Form von Green, Kubo und Nakano reduziert. Damit ergibt sich eine einfache Beziehung, nämlich τπ = η/P,
zwischen der Relaxationszeit τπ, der Scherviskosität η und dem Druck P des betrachteten Systems.
Kontakt am GSI: Dr. Eiji Nakano, e.nakanogsi.de
Zugang zum Artikel PRL 103, 052301 (2009), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Experimentelle Bestätigung des 90° Stop Bands im GSI-Beschleuniger UNILAC
In der periodischen Struktur zur Fokussierung von Ionenstrahlen in Beschleunigern folgen die einzelnen Ionen quasi-periodischen Bahnen.
Deren Amplitude und Frequenz wird durch die externe Fokussierung, d.h. die Stärke der Quadrupole, bestimmt. Bei gut eingestellter
Strahlführung folgt der Durchmesser der Strahl-Enveloppe der Periodizität der fokussierenden Struktur. Im Falle hoher Strahl-Intensitäten
addiert sich die abstoßende Raumladung des Ionenstrahls zur externen Fokussierkraft hinzu. Die periodische Änderung der
Strahlenveloppe kann über deren elektrisches Feld eine resonante Verstärkung der Einzelteilchenamplituden bewirken. Solche Resonanzen
entstehen, falls die Enveloppenfrequenz ein Vielfaches n ≥ 4 der Einzelteilchenfrequenz ist. Dieser Effekt wurde vor etwa 30
Jahren vorausgesagt, konnte jedoch wegen unzureichender Kontrolle der Strahlführung bisher nicht nachgewiesen werden. Verbesserungen
der Strahleinstellung am UNILAC während der letzten Jahre erlaubten kürzlich die Resonanz für n ≈ 4 experimentell zu verifizieren.
Die Abbildung zeigt die gemessene Strahlemittanz als Funktion des Verhältnisses der Frequenzen sowie die Phasenraumverteilungen auf
der Resonanz und abseits davon. Die vierfache Filamentierung der Verteilung ist das Charakteristikum der Resonanz.
Kontakt am GSI: Dr. Lars Groening, la.groeninggsi.de
Zugang zum Artikel PRL 102, 234801 (2009), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Hochauflösende Impulsmessung charakterisiert 24O als einen neuen doppelt magischen Kern
Präzise Impulsmessung von 23O Fragmenten nach Entfernen eines Valenzneutrons von 24O manifestiert letzteren Kern als doppelt magisch mit der Kernladungszahl Z=8 und der Neutronenzahl N=16.
Im Experiment wurden zunächst 24O Kerne durch Projektilfragmentation von 1 GeV/u 48Ca Ionen in einem Beryllium Target am Eingang des
Fragmentseparators FRS erzeugt. Diese Sauerstoffkerne, direkt an der Neutronenabbruchkante (dripline), wurden im Fluge separiert und
identifiziert, bevor sie in der Mittelebene des Separators in einem Kohlenstofftarget in einer Sekundärreaktion ein Neutron verloren
haben. Die Impulsverteilung des schweren Reaktionproduktes, 23O, wurde mit dem FRS als hochauflösendes achromatisches Spektrometer
gemessen.
Diese Impulsverteilung, inklusive dem Reaktionsquerschnitt für das Herausschlagen des Neutrons, kann dessen 2s1/2 Konfiguration
in 24O gut erklären, wobei 23O das Zentrum (core) dieser Konfiguration bildet.
Die große Aufenthaltswahrscheinlichkeit des äußeren Neutrons im s-Orbital ist direkt im gemessenen spektroskopischen Faktor S=1.74±0.19
widergespiegelt, in guter Übereinstimmung mit modernen Schalenmodellrechnungen. Dieses experimentelle Ergebnis zeigt, dass N=16 eine
neue magische Schale an der Neutronenabbruchkante ist und trägt somit generell zum Verständnis der Struktur von exotischen Kernen bei.
Dieser neue Schalenabschluss basiert direkt auf der Tensorkomponente der Nuleonenwechselwirkung, die das d3/2 Niveau zu höheren
Bindungsenergien verschiebt.
Kontakt am GSI: Dr. Chiara Nociforo, c.nociforogsi.de
Zugang zum Artikel PRL 102, 152501 (2009), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
GSI entwickelt hochgenaues Synchronisierungssystem für Teilchenbeschleuniger
GSI hat ein auf optischen und elektronischen Komponenten bestehendes System zur Bereitstellung hochgenauer synchroner Taktsignale
entwickelt. Das System leistet einen entscheidenden Beitrag zur Optimierung der Teilchenbeschleunigung in komplexen Beschleunigeranlagen,
wie der bei GSI geplanten Facility for Antiproton and Ion Research (FAIR), die eine Erweiterung der bisherigen GSI-Anlagen ist. Die
Synchronisierungsgenauigkeit der Taktsignale beträgt 22 Pikosekunden (eine Pikosekunde ist der millionste Teil einer millionsten Sekunde).
Der Antrieb der geladenen Teilchen erfolgt über Hochfrequenzspannungen, die an mehreren Stellen eines Beschleunigerrings in so
genannten Kavitäten erzeugt werden. Die im Beschleunigerring umlaufenden Teilchen sind nicht gleichmäßig im Ring verteilt, sondern treten
gebündelt auf. Daher ist es notwendig, die Hochfrequenzspannungen zeitlich so zu steuern, dass die Teilchen beim Passieren einer Kavität
die für ihren Antrieb optimale Spannung erfahren.
Die Herausforderung liegt in einer Synchronisierung der Kavitäten. Das entwickelte System ermöglicht durch präzise Taktsignale aus
denen die Hochfrequenzspannung abgeleitet wird. Die außerordentlich hohe Präzision wurde durch den Einsatz eines optischen Netzwerks in
Verbindung mit dem bisher in diesem Bereich noch nicht verwendeten Wellenlängen-Multiplex-Verfahren sowie digitaler Frequenzgeneratoren
erreicht.
Kontakt am GSI: Dr. Michael Bousonville, m.bousonvillegsi.de
Zugang zum Artikel PRSTAB Volume 12, Issue 4 (2009), mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Masse von 208Hg gemessen
Die Masse des neutronenreichen Nuklids 208Hg konnte am GSI Helmholtzzentrum gemessen werden. Die Messung wurde mit nur einem wasserstoffartigen
208Hg-Ion durchgeführt, das in der Fragmentation eines 238U-Projektils entstand. Mithilfe des Fragmentseparator FRS wurde es aussortiert und im
Speicherring ESR gespeichert und gekühlt. Die Masse wurde mit der Schottky-Massenspektrometrie bestimmt. Der gewonnene Massenwert erlaubt den
Wissenschaftlern, für den magischen 210Pb-Kern die Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke abzuleiten, eine fundamentale Größe der nuklearen
Strukturphysik. Die Forscher erwarten eine abrupte Änderung der Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke vom doppelt magischen 208Pb-Kern zum
210Pb-Kern aufgrund eines sich verändernden Überlapps der Wellenfunktionen der letzten Valenzprotonen und -neutronen. Diese Vorhersage konnte
nun im Experiment erfolgreich bestätigt werden. Ein plötzlicher Sprung der Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke δVpn ist deutlich im Diagramm zu erkennen. Dies
beweist experimentell die Empfindlichkeit der Proton-Neutron-Wechselwirkungsstärke auf die räumliche Überlagerung von Teilchenwellenfunktionen und vervollständigt damit entscheidend die bisherigen Hinweise auf ein Kreuzungsmuster über geschlossenen Schalen. Es konnte auch gezeigt werden, dass solche Messungen wichtige
Informationen über die zugrunde liegende Struktur einzelner Nukleonen liefern können.
Kontakt am GSI: Dr. Yuri Litvinov, y.litvinovgsi.de
Zugang zum Artikel PRL 102, 122503 (2009),
mit Quellenangaben, auf der Webseite von APS
Strahlenschäden in der DNA des Menschen
Wissenschaftler am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung haben erstmals direkt die Reparaturvorgänge bei DNA-Schäden beobachtet,
nachdem menschliche Zellen mit Ionen bestrahlt wurden. DNA-Schäden speziell durch Ionenstrahlen ermöglichen neue grundlegende
Erkenntnisse darüber, wie die Reparatur in menschlichen Zellen generell abläuft. Das genaue Verständnis der Reparaturabläufe hilft
Wissenschaftlern, die Entstehung von Krebs besser nachzuvollziehen und künftige Behandlungsmöglichkeiten zu entwickeln. Krebs kann
entstehen, wenn DNA-Schäden fehlerhaft repariert werden.
Kontakt am GSI: Dr. Burkhard Jakob, b.jakobgsi.de
Pressemitteilung des GSI
Zugang zum Artikel "Live cell microscopy analysis of radiation-induced
DNA double-strand break motion" bei PNAS (englisch)
Der Kernladungsradius eines Ein-Neutronen-Halokerns
Nach der Bestimmung des Kernladungsradius des Zwei-Neutronen-Halokerns 11Li ist es der Helmholtz-Hochschul-Nachwuchsgruppe Lasersphere
jetzt erstmals gelungen auch den Ladungsradius des Ein-Neutronen-Halokerns 11Be zu vermessen. Die Messung der Übergangsfrequenzen
der Berylliumisotope 7,9,10,11Be mit einer Genauigkeit von 109 wurde durch den Einsatz der Frequenzkammtechnologie möglich. Dazu wurde
die kollineare Laserspektroskopie am schnellen Ionenstrahl gleichzeitig mit zwei unabhängigen Lasersystemen in paralleler und
antiparalleler Geometrie durchgeführt (Abb.). Aus dem Frequenzunterschied der einzelnen Isotope, der sogenannten Isotopieverschiebung,
lässt sich durch Kombination mit sehr genauen atomphysikalischen Berechnungen der Kernladungsradius der verschiedenen Isotope ermitteln.
Die Messungen ergaben, dass der Ladungsradius von 10Be zu 11Be um etwa 5% anwächst. Dieser Effekt lässt sich durch eine
Schwerpunktsbewegung des 10Be Rumpfkerns erklären, wenn sich das Haloneutron im Mittel 7 fm vom Massenschwerpunkt des Atomkerns entfernt
aufhält.
Kontakt an der Uni Mainz: Prof. Dr. Wilfried Nörtershäuser, w.noertershaeuseruni-mainz.de
Pressemitteilung der Universiät Mainz
Artikel bei Physicsworld (Englisch)
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