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Kernphysik

Zwischen Flüssigkeit und Kristall

Ob abgeplattet oder birnenförmig, eher flüssig oder von einem Halo umgeben – ein Atomkern kann unterschiedlichste Formen und Zustände annehmen. Nun beginnen die Physiker damit, die Vielfalt in einem einheitlichen Modell zu fassen.
Neon-20 (alternativer angeregter Zustand)

Alle Materie, die uns umgibt, besteht aus Atomen. Nach dem zu Beginn des 20. Jahrhunderts aufgestellten Modell des britisch-neuseeländischen Physikers Ernest Rutherford (1871 – 1937) ließe sich ein Atom mit einem mikroskopischen Planetensystem vergleichen, bei dem die Elektronen um einen ­kugelförmigen Kern kreisen. Mit dem Aufkommen der ­Quantenmechanik hat sich diese Vorstellung verfeinert: Statt Umlaufbahnen ordnet man der Elektronenhülle eine Art Wolke zu, deren Dichteverteilung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen entspricht.

Wie aber steht es um den Atomkern? Ist dieser wirklich kugelförmig? Mittlerweile haben die Kernphysiker ein viel komplexeres Bild von ihm. Anhand von theoretischen Modellen und Experimenten konnten sie Kerne nachweisen, die abgeflacht sind, die Form einer Blase, einer Birne oder einer Banane aufweisen – aber auch solche, deren Struktur an jene von Molekülen erinnert.

Doch auch mehr als ein Jahrhundert nach seiner Entdeckung hat der Atomkern noch nicht all seine Geheimnisse preisgegeben. Noch fehlt ein Gesamtbild, in das sich die Strukturvielfalt einordnen lässt. Der Grund dafür: Der Kern ist ein Quantenobjekt und deshalb schwierig zu untersuchen. Er setzt sich aus Bestandteilen zusammen, die ihrerseits komplex sind; zudem bestimmen drei der vier Grundkräfte der Natur gleichzeitig die Dynamik dieses Konglomerats. …

September 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft September 2015

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  • Quellen

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Ebran, J.-P. et al.: Density Functional Theory Studies of Cluster States in Nuclei. In: Physical Review C 90, 054329, 2014

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Erler, J. et al.: The Limits of the Nuclear Landscape. In: Nature 486, S. 509 - 512, 2012

Gaffney, L.  P. et al.: Studies of Pear-Shaped Nuclei Using Accelerated Radioactive Beams. In: Nature 497, S. 199 - 204, 2013