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Physiker beweisen die Existenz einer neuartigen subatomaren Struktur

Die Entdeckung bringt ein wenig mehr Licht in eine der geheimnisvollsten Kräfte des Universums—die Kernkraft.
4.11.16
James Vary und Andrey Shirokov | Bild: Christopher Gannon | Iowa State University

40 Jahre lang wurde nach ihm gesucht: Die Existenz eines Tetraneutrons galt bereits als nicht beweisbar, zu instabil sollte die Struktur aus vier nicht geladenen subatomaren Teilchen sein. Doch nun gelang zwei Physikern an der Iowa State University der lange erhoffte Durchbruch und sie erschufen mit Hilfe hochentwickelter Computersimulationen das kurzlebige Tetraneutron.

Auch wenn es nur den Bruchteil einer Nanosekunde existiert, ist der Beweis ausreichend und wird bereits als Sensation gefeiert. Die Ergebnisse der beiden Wissenschaftler James Vary und Andrey Shirokov wurden nun im Fachmagazin Physical Review Letters veröffentlicht.

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Neutronen haben eine sehr geringe Lebensdauer und verwandeln sich bereits nach zehn Minuten in positiv geladene Protonen. Kombinationen aus zwei oder drei Neutronen bilden überhaupt keine stabilen Strukturen. Die neuen Forschungsergebnisse zeigen allerdings, dass eine aus vier Neutronen bestehende Struktur (ohne Protonen) eine gewisse Zeitspanne lang stabil bleibt — genauer gesagt 5x10^(-22) Sekunden, also weniger als ein Milliardstel einer Nanosekunde.

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Bis Anfang des Jahres war die Wissenschaft davon ausgegangen, dass dieses hypothetische Teilchen nicht existieren kann. Japanische Physiker hatten damals zum ersten Mal einen Nachweis für das Tetraneutron gefunden, doch bis heute fehlte noch der Beweis durch ein weiteres unabhängiges Forschungsteam. Diesen lieferten nun die Physiker aus Iowa.

„Das eröffnet uns ein völlig neues Forschungsfeld", wird Vary bei phys.org zitiert. „Durch die Untersuchung des Tetraneutron werden wir die Kräfte zwischen Neutronen und bisher unerforschten Eigenschaften der instabilen Zwei-Neutronen- und Drei-Neutronen-Systeme verstehen können." Damit kann nun nicht nur das Verhalten der Kernkraft präziser erklärt werden, auch die Nuklidkarte—ein grundlegendes Ordnungssystem, dass für die Kernphysik eine ähnliche Bedeutung hat, wie das Periodensystem für die Chemie—wird um einen Zuwachs reicher werden. Diese grafische Darstellung ordnet das radioaktive Verhalten von Elementen und ihren Isotopen (Nukliden).

Die einzige andere auf Neutronen basierende Struktur ist ein Neutronenstern. Diese Objekte, welche das Endstadium eines massereichen Sterns darstellen, können trotz eines relativ geringen Radius von etwa 20 Kilometern bis zu zwei Sonnenmassen erreichen. In der weiteren Forschung wird sich nun zeigen, ob es noch andere Neutronenstrukturen gibt, die sich möglicherweise bis auf die Größe eines Neutronensterns erweitern lassen.