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Ein Wasserstoff-Isotop mit sechs Neutronen

Superschwerer Kern extrem instabil: Tritium als Zerfallsprodukt

Von Rainer Scharf

Der Wasserstoff ist das leichteste chemische Element. Seine drei in der Natur vorkommenden Isotope - normaler Wasserstoff (ohne Neutron), Deuterium (mit einem Neutron) und Tritium (mit zwei Neutronen) - sind leichter als die Isotope der übrigen chemischen Elemente. Lange haben sich die Kernphysiker vergebens bemüht, überschwere Wasserstoffisotope herzustellen, die aus diesem Rahmen herausfallen. Vor zwei Jahren gelang es schließlich einer japanisch-russisch-französischen Forschergruppe, ein paar tausend Wasserstoffatome zu erzeugen, die etwas schwerer waren als normale Heliumatome mit zwei Protonen und zwei Neutronen. Jetzt haben diese Forscher sogar noch wesentlich schwerere Wasserstoffatome produziert.

Die superschweren Wasserstoffatomkerne, die am japanischen Forschungszentrum Riken hergestellt und nachgewiesen wurden, bestanden jeweils aus einem Proton und sechs Neutronen ("Physical Review Letters", Bd. 90, Nr. 082501). Somit hatten sie die atomare Massenzahl sieben und waren so schwer wie Lithium, das dritte Element im Periodensystem. Noch niemals zuvor hatte man Atomkerne, bei denen die Neutronen derart im Übergewicht sind, beobachten können. Nur in Neutronensternen kommt von Neutronen noch stärker dominierte Materie vor. Vom superschweren Wasserstoff verspricht man sich nun zusätzliche Informationen über diese exotische Materie.

Bei dem Versuch, die Wasserstoff-7-Kerne herzustellen und anschließend nachzuweisen, hatten die Forscher große Schwierigkeiten zu überwinden. Sie konnten jedoch auf ihre Erfahrungen zurückgreifen, die sie bei der Erzeugung von Wasserstoff-5-Kernen vor zwei Jahren gesammelt hatten. Zunächst beschleunigten sie Sauerstoffatome und brachten sie zur Kollision. Dabei entstanden neutronenreiche Helium-8-Kerne, die herausgefischt und auf einen Behälter mit normalem, tiefgekühltem Wasserstoffgas gelenkt wurden. Hatten die Heliumkerne den richtigen Schwung, so konnten sie bei ihrer Kollision mit einem Wasserstoffkern sechs Neutronen abgeben. Der Wasserstoffkern nahm die Neutronen auf und verwandelte sich in superschweren Wasserstoff. Vom Heliumkern blieben nur noch zwei Protonen übrig, die in unterschiedliche Richtungen davonflogen.

Der superschwere Wasserstoff erwies sich allerdings als äußerst instabil und zerfiel sogleich wieder in das Wasserstoffisotop Tritium und vier Neutronen. Da eine direkte Beobachtung des superschweren Wasserstoffs nicht möglich war, mußten die Forscher für seine Existenz einen Indizienbeweis führen. Mit dem sogenannten Riken-Teleskop, einer Trommel mit zahlreichen Teilchendetektoren aus Silizium, konnten sie die Flugbahnen und Geschwindigkeiten der Protonen bestimmen, die bei den Kollisionen der Heliumkerne mit dem tiefgekühlten Wasserstoff entstanden waren. Mit weiteren Detektoren fingen sie die Bruchstücke der superschweren Wasserstoffkerne auf. Zusammengenommen ließen diese Informationen den Schluß zu, daß im Verlauf der Experimente am Riken rund 400 superschwere Wasserstoffatome entstanden waren.

Zur Zeit versuchen die Kernphysiker, mit Hilfe verbesserter Kernmodelle genauer zu verstehen, was bei der Entstehung und dem Zerfall des superschweren Wasserstoffs vor sich geht. Obwohl die Zahl der dabei beteiligten Protonen und Neutronen gering erscheint, ist es äußerst schwierig, sich einen Überblick über die möglichen Bahnen und Bewegungen der Teilchen zu verschaffen. Am Riken werden zudem auch neue Experimente geplant. So will man den superschweren Wasserstoff dadurch erzeugen, daß man Helium-8-Kerne auf tiefgekühltes Deuterium oder Tritium schießt statt auf normalen Wasserstoff. Ob dabei auch noch schwererer Wasserstoff entstehen könnte als bisher, ist indes ungewiß. 

Frankfurter Allgemeine Zeitung, 19.03.2003, Nr. 66 / Seite N2

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