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Geodatierung: Geheimnis von Kohlenstoff-14 gelöst?

Gerald Brown und Jeremy Holt von der Stony Brook University in New York haben möglicherweise den Grund für den langsamen Abbau von Kohlenstoff-14 (C-14) entdeckt und ihn mathematisch bestätigt. Die Zerfallsrate des Isotops ist einer der wichtigsten Zeitgeber für Altersbestimmungen in den Geowissenschaften und der Archäologie. Sie wird auch als Radiokarbondatierung bezeichnet.

Im Vergleich zu anderen Isotopen – etwa Kohlenstoff-11, Sauerstoff-15 oder Stickstoff-13 –, die sich meist innerhalb weniger Minuten in andere Verbindungen übergehen, zerfällt C-14 in geologisch langen Zeiträumen: Erst nach 5730 Jahren ist die Hälfte des ursprünglich vorhandenen C-14 zerfallen und in Stickstoff-14 übergegangen. Anhand des Verhältnisses zwischen beiden Isotopen lässt sich berechnen, wann ein Tier oder eine Pflanze ungefähr gestorben ist und wann der Abbau folglich eingesetzt hat.

Um 1990 ging Brown mit einer Theorie zum ungewöhnlichen Verhalten von C-14 an die Öffentlichkeit. Demnach werden die Protonen und Neutronen im Kern eines Elements von so genannten Mesonen – Teilchen, die sich aus jeweils einem Quark und einem Antiquark zusammensetzen – gebunden, die sich zwischen den Protonen und Neutronen vor und zurück bewegen. Die Mesonen tragen zwei Versionen der starken Kernkraft, die im Normalfall verhindert, dass der Atomkern auseinanderfliegt. Laut dem damals entwickelten "Brown-Rho-Scaling" unterscheiden sich in vielen Isotopen die beiden Versionen – die Zentral- und die Tensorkraft – jedoch so beträchtlich, dass der Kern instabil wird und das Isotop zerfällt. Nicht so bei Kohlenstoff-14: Hier stehen beide Kräfte nahezu im Gleichgewicht und sorgen dafür, dass C-14 länger durchhält. Erst wenn eine der beiden Kräfte dominant wird, geht es in Stickstoff-14 über.

Nun konnten Brown und Holt dieses Gedankengebäude mathematisch bestätigen. Laut ihren Berechnungen hängt die Zerfallsrate von Kohlenstoff-14 tatsächlich von der Tensorkraft ab. (dl)

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