Selen-Isotope als Formwandler

Forschungsteam unter Führung der TU untersucht angeregte Quantenzustände

03.06.2020

Die komplizierten Kernkräfte in einem Atomkern können unter besonderen Umständen zu eigenartigen räumlichen Deformationen der Kerne führen. In einem Experiment am japanischen Forschungslabor RIKEN-RIBF in Tokio haben Forscherinnen und Forscher der TU Darmstadt und zahlreicher internationaler Institutionen erstmalig Gammastrahlung des extrem neutronenreichen Isotops Selen-94, mit 34 Protonen und 60 Neutronen, sowie aus dessen Nachbarisotop mit Massenzahl 92 untersucht.

Diskutiert wird ein Wechsel der Gestalt neutronenreicher Selen Isotope von fast sphärischer, leicht prolater, über triaxiale bis hin zu oblater Form in Selen-94.

Dabei entdeckte das Forschungsteam ungewöhnlich langlebige, energetisch angeregte Quantenzustände dieser Atomkerne, sogenannte Isomere, deren Lebensdauern und Zerfallsverhalten gemessen werden konnten. Die Lebensdauern im Mikrosekunden-Bereich wurden auf bestimmte Konfigurationen von Protonen und Neutronen zurückgeführt, die eine oblate Form des Kerns in einem dieser angeregten Zustände implizieren. Diese räumliche Gestalt ähnelt derjenigen einer Frisbee-Scheibe, wenn auch in weniger extremer Ausprägung.

Oblate Kerne finden sich nur in wenigen Regionen der Isotopentafel. Oblate Isomere sind in Atomkernen sogar noch seltener bekannt, in dieser Massenregion, nahe Atomgewicht 100 und bei hohem Überschuss von Neutronen über der Anzahl der Protonen, wurden sie noch nie beobachtet.

Durch einen Vergleich der Gammazerfälle aus den isomeren Zuständen wurde geschlossen, dass die Form des Grundzustands von Selen-94 ebenfalls oblat ist, was wiederum Theorien unterstützt, die eine Koexistenz sphärischer und oblater Strukturen in diesen Isotopen vorhersagen. Somit werden die bisher in dieser exotischen Kernregion beobachteten Effekte, wie das Auftreten von Gestalt-Phasenübergängen, starker Oktupolkollektivität und Triaxialität, um ein weiteres Phänomen bereichert: das Auftreten oblater, Diskus-artiger Kerne.

Die Veröffentlichung:

„Metastable States of 92,94Se: Identification of an Oblate K Isomer of 94Se and the Ground-State Shape Transition between N=58 and 60“, C. Lizarazo, P.-A. Söderström, V. Werner, N. Pietralla, T.R. Rodriguez et al., Physical Review Letters 124: 222501, 2020

DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.222501

Ansprechpartner

Dr. Volker Werner, Fachbereich Physik, Institut für Kernphysik: