Illustrasjon av en pæreformet deformert kjerne av radium-224. (Bilde: Liam Gaffney og Peter Butler, University of Liverpool)
Et kjernefysisk atom er vanligvis rundt: Ladefeltet som genereres av kjernen holder elektronene i en tilnærmet sfærisk bane. Selve kjernen er imidlertid langt mer variabel: Tross alt er omtrent en tredjedel av atomkjernene ikke runde, men litt elliptiske og mer som en rugbyball. Fysikere har lenge antatt at atomkjerner kan ta på seg en annen form under spesielle forhold: den av en pære. Men å eksperimentere med denne eksotiske staten har bare nylig blitt oppnådd av et internasjonalt forskerteam. I en partikkelakselerator produserte de kortvarige radiumisotoper hvis kjerner faktisk tok en pæreform. Bevisene deres hjelper nå til bedre å forstå kjernekraften som virker i atomkjernen. Atomkjernen ligner en samling av klinkekuler, som holdes sammen av en sterk tiltrekning mellom dem. Den sterke atomkraften, en av de fire grunnleggende naturkreftene, sikrer at de uladede nøytronene og de positivt ladede protonene forblir sammen, selv om de samme ladningene normalt frastøter hverandre. "Formen på kjernen bestemmes av antall kjernepartikler og interaksjonen mellom dem, " forklarer Peter Butler ved University of Liverpool og hans kolleger. Tilsvarende kompleks er maktbalansen i et slikt flerlegems kvantesystem.

Under normale forhold er kjernen vanligvis sfærisk. Dette endrer seg imidlertid når atomet blir begeistret av ekstern energi eller når det mottar ekstra nøytroner. Da kan de endrede kraftforholdene mellom kjernepartiklene føre kjernen til en langstrakt, rugby-balllignende form - kalt Quadrupole Deformation i sjargongen. "For visse kombinasjoner av protoner og nøytroner er det også den teoretiske forutsetningen at kjernen kan ta i bruk et såkalt oktupolarrangement, " sier forskerne. Den er preget av en asymmetrisk, utbulet pæreform i den ene enden. Eksperimentet til Butler og hans kolleger har nå bevist at slike atomkjerner i pære faktisk eksisterer.

Skyt metaller med atomkjerner

For eksperimentet produserte forskerne først den slags atomkjerner, som i teorien mest sannsynlig vil måtte danne en pæreform. I dette tilfellet var de veldig kortvarige isotoper av elementene radon og radium, som de produserte i en spesiell partikkelakselerator - det såkalte REX-ISOLDE-anlegget - ved CERNs kjerneforskningssenter nær Genève. Disse kjernene ble deretter sterkt akselerert og avfyrt mot mål på nikkel, kadmium og tinn. Påvirkningen førte atomkjernene til en spent tilstand og ga ut gammastråler. Fra mønsteret av disse gammastrålene klarte forskerne å identifisere formen til atomkjernene. utstilling

Resultatet: "Våre data om radon-220 og radium-224-isotoper viser klare bevis på octopol-deformasjon i radium, " rapporterer Butler og hans kolleger. Med andre ord, atomkjernene til radiumisotopen var pæreformet i det minste i kort tid. Dette resultatet hjelper nå til å evaluere de forskjellige teoriene om hvordan slike oktupoltilstander oppstår. Noen vil bli tilbakevist av dataene, andre spesifisert. Men de nye dataene hjelper også til å avklare mer grunnleggende spørsmål om fysikk, slik forskerne forklarer. Fordi de nå kan kombineres med resultater fra andre eksperimenter som undersøker standardmodellen for fysikk og spesielt arten av sterk kjernekraft ved bruk av atomegenskaper.

Peter Butler (University of Liverpool) et al., Nature, doi: 10.1038 / nature12073 © science.de - === Nadja Podbregar

© science.de

Anbefalt Redaksjonens