Neue Erkenntnisse zur Stabilitätsinsel supraschwerer Elemente: Fortschritte durch Rutherfordium-252-Forschung

BerlinEin Forscherteam bestehend aus GSI/FAIR, der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und dem Helmholtz-Institut Mainz hat bedeutende Fortschritte im Verständnis von superschweren Elementen erzielt. Sie haben das kurzlebigste superschwere Nuklid, Rutherfordium-252, gemessen und dabei Einblicke in die rätselhafte Insel der Stabilität gewonnen. Diese Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht und als „Editor's Suggestion“ hervorgehoben. Die zentrale Erkenntnis ist, dass bestimmte Kombinationen von Protonen und Neutronen, sogenannte „magische Zahlen“, einigen superschweren Elementen zusätzliche Stabilität verleihen können, was möglicherweise zu längeren Lebensdauern führt.

Zusammenfassung der Ergebnisse:

• Rutherfordium-252 ist jetzt der kürzestlebige bekannte superschwere Kern mit einer Halbwertszeit von 60 Nanosekunden.
• Die Experimente zeigen mögliche Wege zu noch kurzlebigeren Kernen durch langlebige angeregte Zustände, sogenannte Isomere.
• Diese Erkenntnisse helfen, die "Küstenlinie" der Stabilitätsinsel zu kartieren.

Die Forscher nutzten einen Strahl aus Titan-50 vom UNILAC-Beschleuniger des GSI/FAIR, um Bleikerne zu beschießen. Bei diesem Verfahren entstanden Fusionsprodukte, die anschließend mithilfe des Transactiniden-Separators und der Chemieapparatur isoliert wurden. Diese Produkte wurden dann mit einem Siliziumdetektor erfasst, welcher ihre kurze Existenz und ihren Zerfall aufzeichnete. Insgesamt wurden 27 durch Spaltung zerfallende Atome von Rutherfordium-252 mit einer Halbwertszeit von 13 Mikrosekunden beobachtet.

Dr. Khuyagbaatar Jadambaa, der Erstautor aus der Forschungsabteilung für Chemie superschwerer Elemente bei GSI/FAIR, erläuterte, dass Isomere längere Lebensdauern aufweisen können. Dies bietet eine Gelegenheit, mehr über diese kurzlebigen Elemente zu erfahren. Im nächsten Schritt plant das Team, Seaborgium (Element 106) zu untersuchen, um diese Erkenntnisse weiter zu vertiefen.

Diese Entdeckungen gewähren neue Einblicke in die Stabilität von superschweren Elementen und setzen einen neuen Maßstab für deren kurze Lebensdauern. Dies ebnet den Weg für zukünftige Forschung am internationalen Zentrum FAIR, das derzeit in Darmstadt gebaut wird.

Insel der Stabilität

Die Vorstellung einer Stabilitätsinsel ist ein faszinierendes Konzept in der Welt der superschweren Elemente. Es deutet darauf hin, dass es Kombinationen von Protonen und Neutronen geben könnte, die sehr stabile Atomkerne bilden, trotz der üblichen Instabilität, die bei schwereren Elementen auftritt. Eine jüngste Studie über den Rutherfordium-252-Kern hat dazu beigetragen, unser Verständnis davon zu verfeinern. Die Ergebnisse der Forscher tragen wesentlich zur Erforschung der Grenzen dieser Insel bei.

Wichtige Aspekte dieser Forschung sind:

• Magische Zahlen: Dies sind spezielle Kombinationen von Protonen und Neutronen, die den Atomkernen zusätzliche Stabilität verleihen.
• Kurzlebigstes Nuklid: Rutherfordium-252 ist derzeit das am kürzesten lebende superschwere Nuklid, das entdeckt wurde.
• Angeregte Zustände und Isomere: Diese Phänomene eröffnen neue Möglichkeiten, instabile Elemente zugänglich zu machen.

Die Forschungsergebnisse zeigen auf, wie Quanteneffekte und angeregte Zustände, sogenannte Isomere, die Lebensdauer dieser Kerne verlängern können. Dadurch wird es Wissenschaftlern ermöglicht, sich mit superschweren Elementen zu befassen, die sich sonst zu schnell zersetzen würden, um untersucht zu werden.

Die Entdeckung kurzlebiger superschwerer Elemente stellt bestehende Theorien infrage. Dadurch werden Wissenschaftler dazu angeregt, zu untersuchen, wie angeregte Zustände Stabilität verleihen können. Traditionell wurden stabile Elemente durch Kombinationen nahe magischer Zahlen erreicht. Diese Untersuchung deutet jedoch darauf hin, dass die Erforschung isomerer Zustände vielversprechend für neue Entdeckungen sein könnte.

Fortschritte ebnen den Weg für künftige Experimente. Nächste Schritte könnten das Untersuchen von Elementen wie Seaborgium (Element 106) umfassen, um ein tieferes Verständnis zu erlangen. Der laufende Bau der FAIR-Anlage in Darmstadt spielt eine entscheidende Rolle in diesen Bemühungen. Diese Einrichtung wird die Suche nach den Grenzen der Insel der superschweren Elemente vorantreiben.

Fortschritte in der Kernphysik: Die Entwicklungen in der Kernphysik zeigen den erreichten Fortschritt deutlich. Sie betonen die Bedeutung innovativer Forschung bei der Erkundung der tiefen Komplexitäten der Welt der Atome. Das neu gewonnene Verständnis der Stabilitätsinsel wird zukünftige Bemühungen leiten und der wissenschaftlichen Gemeinschaft ermöglichen, die Geheimnisse der superschweren Elemente zu entschlüsseln.

Zukünftige Forschungsrichtungen

Die kürzlich durchgeführte Studie eröffnet spannende Möglichkeiten für zukünftige Forschungen im Bereich der superschweren Elemente. Die Entdeckung des kurzlebigsten superschweren Kerns, Rf-252, erweitert die Grenzen und setzt neue Maßstäbe, was Wissenschaftler dazu ermutigt, diese flüchtigen Giganten weiter zu erforschen. Künftige Forschungen könnten sich auf mehrere zentrale Bereiche konzentrieren.

• Analyse isotopischer Zustände: Erforsche langlebige angeregte Zustände in anderen superschweren Elementen, um ihre Stabilitätseigenschaften zu verstehen.
• Untersuchung der Isotopengrenzen: Bestimme, wie isotopische Variationen die Stabilität beeinflussen, insbesondere bei Elementen schwerer als Rutherfordium.
• Synthese neuer Elemente: Experimentiere mit der Erzeugung von Seaborgium-Isotopen, wobei die Lebensdauern kürzer als eine Mikrosekunde untersucht werden.

Diese Anweisungen haben weitreichende Folgen. Durch das Studium isomerer Zustände könnten Forscher Mechanismen entdecken, die es ermöglichen, dass einige Kerne trotz einer hohen Anzahl von Protonen und Neutronen stabil bleiben. Dies könnte Einblicke in die sogenannten "Stabilitätsinseln" geben und erklären, wie bestimmte atomare Anordnungen dem schnellen Zerfall widerstehen können.

Die Erforschung von Isotopengrenzen ist entscheidend, um zu bestimmen, wie weit Wissenschaftler bei der Entwicklung neuer stabiler Elemente gehen können. Solche Erkenntnisse könnten bedeutende Fortschritte in der Materialwissenschaft ermöglichen und möglicherweise neue Elemente mit einzigartigen Eigenschaften hervorbringen.

Darüber hinaus könnte die Erzeugung von Seaborgium-Isotopen mit extrem kurzen Halbwertszeiten neues Verständnis über das Verhalten superschwerer Kerne liefern. Diese Erkenntnisse ermöglichen es Forschern möglicherweise, die Methoden für die nächste Generation von Experimenten an Einrichtungen wie FAIR zu verbessern.

Der Bau der FAIR-Anlage wird die benötigten Instrumente und Technologien für zukünftige Entdeckungen bereitstellen. Diese Vorhaben könnten unser Verständnis der Kernphysik und der das Universum zusammenhaltenden Kräfte revolutionieren. Indem Wissenschaftler tiefer in die Insel der Stabilität vordringen, könnten sie Geheimnisse entschlüsseln, die ihnen seit Jahrzehnten entgangen sind, und neue Horizonte im atomaren Bereich eröffnen.