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Insel der Inversion: Erster Nachweis eines sphärischen Magnesium-32-Kerns

Miniball-Detektor am REX-ISOLDE-Experiment des CERN
Analog zum Schalenmodell der Elektronen haben Kernphysiker ein Modell entwickelt, das für bestimmte Neutronen- und Protonenzahlen eine besondere Stabilität voraussagt. Dies sind die "magischen Zahlen". Bei ihnen ist eine Schale voll besetzt, der Kern nahe an der idealen Kugelform. Doch es gibt auch "magische" Atomkerne, die von der erwarteten Schalenstruktur abweichen. Wissenschaftler um Reiner Krücken von der Technischen Universität München haben nun solche Kerne in einem Bereich mit der magischen Neutronenzahl 20 – der so genannten Insel der Inversion – in einem Beschleuniger für radioaktive Ionenstrahlen am CERN untersucht.

Miniball-Detektor am REX-ISOLDE-Experiment des CERN | Mit dem Miniball-Detektor analysierten die Wissenschaftler das Gammastrahlenspektrum der Magnesium-32-Kerne. Die Kerne werden im Radioactive Beam Experiment (REX) erzeugt und im Separator ISOLDE (Isotope-Separator On-Line) selektiert, so dass im resultierenden Strahl ausschließlich ein Isotop vorkommt.
In ihrem Experiment schossen sie einen Magnesium-30-Strahl auf eine Titanfolie, die mit Tritium – schwerem Wasserstoff – beladen war. In einer so genannten Paartransferreaktion wurden zwei Neutronen vom Tritium abgestreift und auf den Magnesiumkern übertragen, der sich damit in Magnesium-32 umwandelte. Der Kern dieses neutronenreichen Isotops enthält die "magischen" 20 Neutronen und 12 Protonen.

Eigentlich erwarteten die Wissenschaftler aber, das im Experiment entstandene Magnesium-32 im kugelförmigen Zustand vorzufinden, denn die Theorie sagt voraus, dass es erst bei höheren Anregungsenergien eine sphärische Konfiguration einnimmt. Ebendiese sphärische Konfiguration des Magnesium-32-Kerns wiesen die Forscher zu ihrer Überraschung aber nach: "Die Freude war groß, dass uns das endlich gelungen ist", berichtet Krücken.

Das Ergebnis stelle theoretische Modelle teilweise wieder in Frage, mit denen sich die Veränderung der Schalenstruktur in dieser und anderen Regionen der Nuklidkarte beschreiben lässt, so die Wissenschaftler. Den Mechanismus, der die veränderte Schalenstruktur herbeiführt, genauer zu verstehen, sei beispielsweise wichtig, um den genauen Verlauf der Elementsynthese in Sternexplosionen vorherzusagen.

Krücken und sein Team gehen davon aus, dass es noch vieler weiterer Experimente bedarf, um die Abläufe rund um die mysteriösen Inseln der Inversion und neue magische Zahlen widerspruchsfrei beschreiben zu können.

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