Warum Atomkerne aus der Form geraten

Physiker um den Tokioter Professor Takaharu Otsuka haben eine Theorie entwickelt, die die Eigenschaften eines Atomkerns auf die Kräfte zwischen den vielen im Kern befindlichen Protonen und Neutronen zurückführt und es ermöglicht, etwa die Gestalt eines Atomkerns in einem Groß-Computer zu berechnen. Die Berechnungen am Forschungszentrum RIKEN in Tokio wurden für verschiedene Isotope des Metalls Zirkon mit 40 Protonen und Neutronenzahlen von 50 bis 70 durchgeführt, wobei mehr als 10²³ (Einhunderttrilliarden) unterschiedliche Quantenzustände berücksichtigt werden mussten, ein Weltrekord. Die mehrwöchigen Berechnungen ergaben, dass das Isotop ⁹⁶Zr mit 56 Neutronen im leichtesten Zustand kugelförmig und in einem nur wenig schwereren Quantenzustand Rugby-Ball-artig deformiert sein müsse.

Die TU Darmstadt verfügt mit ihrem Elektronenbeschleuniger über eines der präzisesten Messinstrumente, die die Theorien der japanischen Physiker testen können. Ein Team von Experimentalphysikern um den Direktor des Instituts für Kernphysik der TU Darmstadt, Professor Norbert Pietralla, führte Präzisionsmessungen durch, bei denen hochenergetische Strahlen von Elektronen an einer Folie aus Zirkon gestreut und ihre Energieabgabe an die darin enthaltenen Kerne des Isotops ⁹⁶Zr präzise vermessen wurden. So wird die Gestalt der Atomkerne wie in einem hochauflösenden Elektronenmikroskop nachweisbar. „Unsere Messungen bestätigen die Theorie der Kollegen aus Tokio“, sagt Pietralla. Damit liege nun das Verständnis vor, um nicht nur die Gestalt von Atomkernen sondern viele weitere Eigenschaften dieser komplexen Quantenobjekte zu berechnen und verlässlich vorherzusagen.