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Kernphysik: Magisches Nickel-Isotop wirft neues Licht auf Ursprung der Elemente

Das Leben des Isotops Nickel-78 währt kürzer als gedacht, fanden amerikanische und deutsche Physiker heraus, die zum ersten Mal die Halbwertszeit dieses exotischen Atomkerns bestimmten. Nickel-78 spielt eine prominente Rolle bei der Entstehung schwerer Elemente. Dieser in Supernovae ablaufende Prozess könnte nach dem neuen Befund deutlich schneller vonstatten gehen, als Theorethiker bislang annehmen.

Das Besondere am Kern des Nickel-Isotops ist, dass darin mit 28 Protonen und 50 Neutronen beide Kernteilchen in "magischer Anzahl" auftreten. Von einer magischen Anordung der Nukleonen – also der Protonen und Neutronen – spricht man, wenn davon zum Beispiel 2, 8, 20, 28 oder 50 im Atomkern vorliegen, wodurch die jeweiligen Isotope besonders stabil sind. Erklärt wird dies mit dem Schalenmodell der Atomkerne: Bei den magischen Zahlen sind die hypothetischen Schalen für die Nukleonen vollständig besetzt.

Nickel-78 erfüllt die stabilisierende Schalenbesetzung sowohl für die Protonen als auch die Neutronen, weshalb das Isotop als "doppelt magisch" bezeichnet wird. Die Forscher um Paul Hosmer untersuchten die Nickel-Variante nun im Zyklotron der Universität von Michigan State und stellten fest, dass das Isotop – trotz seines magischen Charakters – mit einer Halbwertszeit von 110 Millisekunden gut vier mal schneller zerfällt als erwartet.

Das auf der Erde schwer herzustellende Nickel-78 spielt eine Schlüsselrolle bei Vorgängen in explodierenden Sternen. Während der Entstehung schwerer Elemente wie Gold, Platin oder Uran fangen die verhältnismäßig stabilsten Isotope viele Neutronen ein und zerfallen dann wieder. So werden nach und nach aus leichteren schwerere Elemente aufgebaut. Einen Flaschenhals in diesem Prozess stellt Nickel-78 dar, das aufgrund seiner Stabilität und der großen Überzahl an Neutronen in seinem Kern ein besonders wichtiges Zwischenprodukt ist. Der Aufbau von gut der Hälfte der Elemente, die schwerer als Eisen sind, führt über diese Isotopenvariante. Die Geschwindigkeit dieses Prozesses sollte, wegen des nun gemessenen rascheren Zerfalls von Nickel-78, sehr viel höher sein, als nach bisherigen Modellen vermutet.

In der näheren Umwelt des Menschen tritt Nickel in reiner Form vor allem im Erdkern und in Meteoriten auf. Hier herrschen allerdings die leichteren Isotope Nickel-58 und Nickel-60 vor.

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