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F.A.Z. v. 25.8.1999

Doppelneutronen in Helium-6

Starker Verbund der überschüssigen Teilchen / Von Rainer Scharf

Der Kern eines Atoms ist im Vergleich zur Elektronenhülle ein recht kompaktes Gebilde. Doch die Vorstellung, daß sich in ihm die Protonen und Neutronen dicht zusammenballen, ist für einige Atomsorten falsch. So haben die Kerne bestimmter neutronenreicher Isotope der Elemente Beryllium und Lithium eine lockere Hülle aus einem oder zwei Neutronen, die ein festes Zentrum "umschließt". Man spricht in diesem Zusammenhang von Halokernen. Den einfachsten Halokern besitzt das schwere Helium-6-Isotop. In ihm bewegen sich zwei Neutronen außerhalb des kompakten Alpha-Teilchens - des Kerns des normalen Heliumisotops, der aus zwei Protonen und zwei Neutronen besteht. Experimente russischer Forscher mit Helium-6-Kernen haben jetzt gezeigt, daß sich die beiden Neutronen in der Hülle zumeist nahe beieinander aufhalten und eine neue Art von Teilchen bilden.

Die Forschergruppe um Yuri Oganessian vom Flerow-Kernforschungslabor in Dubna bei Moskau hat untersucht, was passiert, wenn Wasserstoff oder normales Helium mit Helium-6-Kernen beschossen wird ("Physical Review Letters", Bd. 82, S. 4996). Die Analyse der Reaktionsprodukte ergab, daß sich der Wasserstoff teilweise in das schwere Wasserstoffisotop Tritium, das Helium hingegen in das Helium-6-Isotop umwandelt. Offensichtlich gehen beide äußeren Neutronen der Helium-6-Geschosse beim Zusammenstoß mit den Kernen der Zielatome auf diese über. Ein Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Rechnungen zeigt, daß sich die beiden Neutronen in der Hülle des Helium-6-Kerns bevorzugt auf derselben Seite des Alpha-Teilchens befinden. Sie bilden ein so genanntes Di-Neutron, das dann von einem Kern auf den anderen überspringt.

Daß die beiden Neutronen nicht nacheinander überwechseln können, liegt an einer ungewöhnlichen Eigenschaft des Helium-6-Kerns, die an die Eigenart der drei Borromäischen Ringe erinnert. Dieses Wappenemblem einer italienischen Fürstenfamilie symbolisiert den Zusammenhalt einer Koalition. Die Borromäischen Ringe fallen auseinander, sobald man nur einen von ihnen öffnet. Auch die drei Bestandteile des Helium-6-Kerns können nur gemeinsam ein stabiles Ganzes bilden. So ist das Alpha-Teilchen nicht in der Lage, ein einzelnes Neutron an sich zu binden. Deshalb gibt es auch kein Helium-5-Isotop.

Einen Atomkern aus zwei Neutronen zusammenzufügen, ist ebenfalls nicht möglich. Nur wenn die beiden Neutronen den Helium-6-Kern gemeinsam verlassen, können sie auf den Kern des Zielatoms übergehen. Die Wissenschaftler planen ein entsprechendes Experiment mit Helium-8-Kernen, die eine Hülle aus vier Neutronen besitzen. Sie wollen herausfinden, ob diese vier Teilchen zwei Di-Neutronen bilden oder gar ein "Tetra-Neutron". 
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