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Ein schrumpfender Atomkern

Lambda-Teilchen in Lithium-Isotop eingebaut

Von Rainer Scharf

Die Atomkerne bestehen normalerweise nur aus Protonen und Neutronen, die auf kleinsten Raum äußerst dicht gepackt sind. Ein Atomkern, dem man weitere Protonen oder Neutronen hinzufügt, dehnt sich in der Regel aus. Die neu hinzugekommenen Partikeln können aufgrund des Pauli-Prinzips nur die außerhalb des Kernvolumens gelegenen Quantenzustände besetzen, in denen sich noch keine Protonen und Neutronen befinden. Jetzt haben Kernphysiker von der Universität von Tokio beobachtet, daß Atomkerne beträchtlich schrumpfen können, wenn sie ein exotisches Teilchen, ein sogenanntes Lambda-Hyperon, aufnehmen.

Die Wissenschaftler um Kiyoshi Tanida haben Kerne des schweren Lithium-Isotops, Lithium-7, mit sogenannten Pi-Mesonen beschossen. Pi-Mesonen unterliegen der starken Wechselwirkung, die auch die Protonen und Neutronen in Atomkernen zusammenhält. Trifft ein solches Meson auf die drei Protonen und vier Neutronen des Kerns von Lithium-7, so kann es eines der Neutronen in ein Lambda-Hyperon verwandeln. Das Pi-Meson wird seinerseits zu einem K-Meson, das nach der Reaktion davonfliegt. Der neu entstandene "exotische" Atomkern besteht aus drei Protonen und drei Neutronen sowie dem Lambda-Hyperon. Es handelt sich im Prinzip um das leichtere Lithium-Isotop Lithium-6 mit einem zusätzlichen Teilchen.

Das eingebaute Lambda-Teilchen läßt sich eindeutig von den Protonen und Neutronen unterscheiden. Denn es ist anders als diese aus einem Strange-Quark zusammengesetzt. Seine Bewegungsfreiheit wird deshalb nicht durch das Pauli-Prinzip eingeschränkt. Dieses verhindert, daß zwei identische Teilchen - etwa zwei Neutronen oder Protonen - denselben Ouantenzustand einnehmen können. Das LambdaTeilchen kann somit ungehindert in die Mitte des Atomkerns wandern. Da das fremde Teilchen die Protonen und Neutronen sehr stark anzieht, sollte - der Theorie zufolge - das Volumen des normalerweise relativ locker gebundenen Lithium-6-Kerns beträchtlich abnehmen.

Die japanischen Wissenschaftler konnten in ihrem Experiment nachweisen, daß der Lithiumkern durch den Einbau eines Lambda-Teilchens tatsächlich schrumpfte. Sie registrierten die Gammastrahlung, die von exotischen Lithium-Kernen ausgesandt wurde, die sich in einem angeregten Zustand befanden. Dabei stellte man fest. daß die exotischen Kerne ihre überschüssige Energie wesentlich schneller abgaben als die normalen Lithium-6-Isotope ("Physical Review Letters", Bd. 86, S. 1982).

Frühere Untersuchungen hatten ergeben, daß die "Zerfallszeit" eines angeregten Kerns sehr empfindlich von seiner Größe abhängt. Sie ist desto länger, je ausgedehnter dieser ist. Aus diesen und ihren eigenen Ergebnissen schließen die japanischen Wissenschaftler, daß das Lambda-Teilchen keinen Platz im Kernvolumen beansprucht. Es läßt den Kerndurchmesser sogar um 19 Prozent schrumpfen. In dieser Hinsicht gilt also tatsächlich die Devise, daß das Ganze weniger ist als die Summe seiner Teile. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 14.3.2001, Nr. 62 / Seite N1

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