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Darmstadt, den 06. Juni 2002
Neue radioaktive Zerfallsart entdeckt
Zwei-Protonen-Zerfall von Eisen-45
Bei der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) in Darmstadt wurde bei der Untersuchung
des Atomkerns Eisen-45 eine neue radioaktive Zerfallsart entdeckt: der Zwei-
Protonen-Zerfall, bei dem gleichzeitig zwei Protonen aus dem Kern emittiert werden. Fast
zeitgleich wurde in einem unabhängigen Experiment am französischen Institut GANIL in
Caen dieselbe Beobachtung gemacht. Der Nachweis und die weitergehende Untersuchung
dieses Phänomens werden unser Verständnis von der Struktur der Atomkerne und der zugrunde
liegenden Kräfte, aber auch die Erklärung astrophysikalischer Prozesse erheblich
verbessern.
Die uns auf der Erde umgebende Materie besteht hauptsächlich aus stabilen Atomkernen. Bei
diesen natürlich vorkommenden Kernen herrscht immer ein relativ ausgeglichenes Verhältnis
der beiden Bausteine des Kerns, der Protonen und Neutronen. Bei Abweichungen von diesem
Verhältnis werden die Kerne radioaktiv und zerfallen, üblicherweise über die bekannten
Zerfallsarten Alpha-, Beta-, Gamma-Zerfall und Kernspaltung. Bei sehr protonen- bzw. neutronenreichen
Kernen wurde als zusätzliche Zerfallsart auch die Emission einzelner Kernbausteine
– Protonen oder Neutronen – beobachtet. Seit langem gibt es Vorhersagen, dass für
Kerne mit extremem Protonenüberschuss wie z. B. Eisen-45 außerdem der Zweiprotonen-
Zerfall auftreten sollte. Bislang konnte dies jedoch nicht experimentell nachgewiesen werden.
Von der Untersuchung solcher extrem protonen- und auch neutronenreicher Kerne und ihrer
Zerfälle versprechen sich die Wissenschaftler über die reine Kernphysik hinaus grundlegende
Erkenntnisse zur Elementsynthese in Sternexplosionen wie Novae und Supernovae.
Die Beschleunigeranlage der GSI erlaubt es, exotische Atomkerne mit großem Protonen- oder
Neutronenüberschuss zu erzeugen und ihren Zerfall zu untersuchen. Beim jetzigen Experiment
wurden Nickel-58-Ionen auf ca. 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und
auf Hindernisse (Beryllium-Folien) geschossen. Dadurch fragmentieren die Nickel-Kerne in
viele verschiedene Bruchstücke. Im Fragment-Separator der GSI wurden die Bruchstücke anschließend
separiert und die gesuchten Eisen-45-Bruchstücke (bestehend aus 26 Protonen und
19 Neutronen) identifiziert. Die Produktion der Eisen-45-Kerne ist extrem selten. In einer
knappen Woche Messzeit konnten nur sechs Atomkerne erzeugt werden. Bei vier von ihnen
gelang es anschließend, in einer speziellen Messapparatur den Zweiprotonen-Zerfall, d.h. die
Umwandlung in Chrom-43 durch Emission von zwei Protonen, eindeutig nachzuweisen.
An den GSI-Experimenten waren Forscher aus mehreren Ländern beteiligt: Universität
Warschau, Polen; GSI Darmstadt, Deutschland; University of Tennessee, USA; CEN
Bordeaux, Frankreich; University of Liverpool, Großbritannien; ORNL Oak Ridge, USA;
University of Edinburgh, Großbritannien; GANIL Caen, Frankreich.
Gesellschaft für Schwerionenforschung
Planckstr. 1
64291 Darmstadt
Öffentlichkeitsarbeit
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