Kernphysiker wurden kürzlich Zeugen davon, wie ein Atomkern etwas tat, was noch nie zuvor jemand sah – er emittierte zwei Neutronen gleichzeitig.
Das Experiment offenbarte eine völlig neue Form von Kernzerfall, der Prozess, durch den instabile Atome Energie freisetzen und sich in eine stabilere Form verwandeln. Aber statt bekannte Strahlungsmuster zu emittieren, setzte der Kern zwei korrelierte Neutronen gleichzeitig frei – ein Dineutron. Obwohl Physiker lange über die Existenz dieses Zerfallsprozesses theoretisiert hatten, war dies das erste Experiment, welches das Dineutron-Ereignis in Aktion beobachtet hat.
“Wir haben erstmals zweifellos einen Dineutronen-Zerfall beobachtet und ihn in Beryllium-16 klar identifiziert”, sagte Artemis Spyrou, Professor für Kernphysik.
Der neu entdeckte Dineutronen-Zerfall gesellt sich zu den 15 anderen bekannten Formen atomarer Zerfallsprozesse, darunter die doppelte Protonenemission, der doppelte Betazerfall und die doppelte Positronenemission. Die Ergebnisse versprechen, das Verständnis der Wissenschaftler von den im Innern von Neutronensternen ablaufenden Prozessen und der starken Wechselwirkung zu verbessern, welche die Kerne zusammenhält.
Die Forscher ertappten den Zerfall auf frischer Tat. Beryllium-16 ist ein ungebundenes, instabiles Isotop mit vier Protonen und zwölf Neutronen, das in weniger als einer Billiardstel Sekunde zerfällt. Um den extrem kurzlebigen Kern zu produzieren, schossen die Physiker einen Strahl aus Bor-17 auf ein festes Ziel, wodurch gelegentlich ein Proton herausgeschlagen wurde und sich das gewünschte Beryllium-16 bildete.
Die von dem neu produzierten aber sofort zerfallenen Kern emittierten Neutronen flogen direkt in den Modular Neutron Array (MoNA) Neutronendetektor, während ein starker Magnet den zurückgebliebenen Beryllium-14-Kern für weitere Messungen in ein separates Gerät ablenkte. Die entstandenen Ereignisse zeigten deutlich zwei Neutronen, die sich eng beieinander gleichzeitig durch den MoNA-Detektor bewegten (ein Dineutron) – zur selben Zeit, als ein Beryllium-14-Kern registriert wurde. Das ist ein direkter Beweis für den Dineutronen-Zerfall. Die Neutronen wurden mit Sicherheit gleichzeitig emittiert, weil es mehr Energie benötigt, sie nacheinander zu emittieren, was den Dineutronen-Zerfall zu dem bevorzugten Prozess macht.
Oder, wie Spyrou es erklärt: “Man muss Energie aufwenden, um nur ein Neutron herauszulösen, aber die beiden Neutronen tun das praktisch wie von selbst.”
Die Ergebnisse wurden nach Vorschlag eines Editors in einer neuen Ausgabe der Physics Review Letters ((PRL 108 (2012) 102501) veröffentlicht und wurden in einem Hauptartikel in /Physics, einem Onlinemagazin für außergewöhnliche Forschung der American Physical Society, hervorgehoben (http://physics.aps.org/articles/v5/30).
Für weitere Informationen gib es in dem Hauptartikel des APS Physics Journals auf dieser Website oder in dem Artikel des Institute of Physics.
Quelle: http://www.nscl.msu.edu/general-public/news/2012/two-neutrons-same-time-discovery-dineutron-decay
(THK)
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