Nature-Veröffentlichung: Neue Erkenntnisse über Spaltung von exotischen Atomkernen

13.05.2025 von

In einem Experiment an der R3B (Reactions with Relativistic Radioactive Beams) Anlage am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung ist es einem internationalen Forschungs-Team gelungen neue Erkenntnisse zur Spaltung von exotischen Atomkernen zu gewinnen.

Identifikation der am Fragment-Separator der GSI erzeugten und selektierten Isotope im Strahl. Das Masse-zu-Ladungsverhältnis (x-Achse) sowie die Kernladung Z (y-Achse) werden dabei über die Messung der magnetischen Steifigkeit, der Flugzeit, sowie anhand des gemessenen Energieverlusts ermittelt. Die Beschriftung benennt die in dieser Arbeit untersuchten Isotope.

Dabei wurden etwa 100 instabile kurzlebige Kerne an der Beschleunigeranlage der GSI erzeugt und untersucht. Das Experiment wurde von einer Gruppe des CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) in Frankreich geleitet und wesentlichen von Forschenden der TU Darmstadt unterstützt. Beteiligt waren Wissenschaftler:innen der Arbeitsgruppen von Professor Thomas Aumann, Professor Thorsten Kröll und Professor Alexandre Obertelli. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature“ diskutiert.

Im Experiment wurde die Spaltung der Kerne im Flug durch Coulomb-Anregung an Pb Targets induziert. Die beiden Spaltfragmente wurden dann mithilfe des R3B Spektrometers analysiert und ihre Kernladung bestimmt. Dabei wurde ein neues Gebiet asymmetrischer Spaltung für neutronenarme Kerne in der Pb Gegend identifiziert, die auf einen ausgeprägten Effekt der Schalenstruktur bei der Protonenzahl Z=36 zurückzuführen ist. Das Team der TU Darmstadt hat wesentlich zum Aufbau und Betrieb von Detektoren beigetragen, insbesondere auch zum Data Acquisition System und zur Online-Analyse.

Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse zu Struktureffekten bei der Spaltung exotischer Kerne, die es erlauben, theoretische Modelle zu testen und weiterzuentwickeln. Mit dieser experimentellen Methode wird bei FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research in Europe) dann auch die Spaltung neutronenreichen Kerne untersucht werden, um ein solides Fundament für die theoretischen Modelle zur Beschreibung der Elementsynthese durch den r-Prozess zu erhalten. Mit FAIR wird Materie im Labor erzeugt und erforscht werden, wie sie sonst nur im Universum vorkommt. Forschende aus aller Welt erwarten neue Einblicke in den Aufbau der Materie und die Entwicklung des Universums, vom Urknall bis heute.