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21.08.2018

 

Sechs Chrom-Isotope präzise vermessen

ISOLTRAP liefert Informationen über Schalenabschluss und Form der exotischen Nuklide


Das Cave von ISOLTRAP am CERN. Foto: ISOLTRAP@CERN

Das Penningfallen-Massenspektrometer ISOLTRAP. Foto: Frank Wienholtz

Einem internationalen Forscherteam ist es erstmals an ISOLDE, dem Isotope Separator On Line Device am CERN, gelungen sechs Chrom-Isotope herzustellen und ihre Massen mit der Ionenfalle ISOLTRAP bis zu 300 Mal genauer zu messen als je zuvor. Das ISOLTRAP-Experiment wurde maßgeblich von GSI-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftlern aufgebaut und wird seitdem konstant durch bedeutende Beiträge seitens der GSI unterstützt. Die neuen Messergebnisse lassen erstmals zuverlässige Aussagen über Trends von Form und Bindungsenergien bei diesen und benachbarten Isotopen zu.

 

Die Massen der exotischen Chrom-Nuklide wurden bei den Experimenten am CERN in dem Penningfallen-Massenspektrometer ISOLTRAP so genau gemessen wie noch nie zuvor. Aus den Ergebnissen lassen sich die Bindungsenergien ableiten. Setzen die Physiker die Bindungsenergien der sechs Isotope nebeneinander, können sie an der Trendlinie durch die Punkte erkennen, ob ein Schalenabschluss in dieser Region auftritt oder sich die Kernform von einem zum nächsten Isotop plötzlich ändert. Bisher waren die Messunsicherheiten aber zu groß für verlässliche Aussagen. „Wir können erst jetzt mit den neuen, sehr präzisen Messungen sicher sagen, dass die zuvor spekulierte abrupte Formänderung nicht bei diesen Isotopen auftritt.“, sagt der GSI-Wissenschaftler Frank Herfurth, der an dem Experiment beteiligt war. „Mit den neuen, genaueren Daten beobachten wir eine langsame Formänderung weg von der symmetrischen Form. Dank der gemeinsamen Anstrengung von Experimentatoren und Theoretikern konnten wir unsere Resultate erstmals mit einem Ab-Initio-Modell vergleichen. Das sind besondere Kernmodelle, deren Berechnungen im Wesentlichen nur auf den Wechselwirkungen von Protonen und Neutronen beruhen und dadurch weniger von intuitiven Näherungen abhängen. Zwei von vier Kernstrukturmodellen beschreiben unsere Beobachtung korrekt, die anderen beiden nicht. Die Experimentergebnisse sind eine wertvolle Hilfe, um die Annahmen zu testen, die den unterschiedlichen Modellen zugrunde liegen.“

 

ISOLTRAP ist ein Penningfallen-Massenspektrometer kombiniert mit einem Multireflektionsflugzeitspektrometer. Mit diesem Aufbau können die Massen besonders seltener Isotope direkt gemessen werden. Die Kombination aus zwei Penningfallen erlaubt es präzise und sauber von Verunreinigungen zu messen. Die genauesten Massenmessungen an exotischen, kurzlebigen Kernen können daher mit Penningfallen-Spektrometern durchgeführt werden.

ISOLTRAP ist ein Vorreiter des Penningfallen-Präzisionsexperiments für exotische Ionen. Techniken, Software und Hardware die für ISOLTRAP entwickelt wurden und werden, sind im Einsatz bei SHIPTRAP, HITRAP, aber auch geplant für die FAIR-Experimentkollaboration MATS innerhalb der NUSTAR-Kollaboration. An der Teilchenbeschleunigeranlage FAIR, die gerade bei GSI im Bau ist, sind ähnliche Experimente mit noch exotischeren Kernen geplant.

 

Das ISOLTRAP-Experiment, initiiert durch den ehemaligen Leiter der GSI-Atomphysik, Prof. Kluge, ist das Ergebnis einer langjährigen Zusammenarbeit von GSI, der Universität Mainz, der Universität Greifswald und dem Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) in Heidelberg. In den letzten Jahren hat das MPIK mit Prof. Blaum die Führung der Kollaboration übernommen, und wurde und wird von verschiedenen GSI/FAIR-Abteilungen unterstützt, z.B. der Experimentelektronik, Atomphysik und Deceleratoren.

 

Mehr Infos

Originalpublikation in Physical Review Letters: Precision Mass Measurements of 58–63Cr: Nuclear Collectivity Towards the N=40 Island of Inversion

 




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