Erste Beobachtung eines Atomkerns, der nach dem Beta-Zerfall in vier Partikel zerfällt.

Wissenschaftler haben einen neuen radioaktiven Zerfallsmodus in Sauerstoff-13 identifiziert, bei dem er in drei Heliumkerne, ein Proton und ein Positron zerfällt. Diese Entdeckung wurde durch einen einzigartigen experimentellen Aufbau am Cyclotron-Institut der Texas A&M University ermöglicht, bei dem der Zerfallsprozess von Sauerstoff-13 genau überwacht wurde.

Wissenschaftler haben zum ersten Mal beobachtet, wie Sauerstoff-13 unter Verwendung moderner Geräte am Cyclotron-Institut der Texas A&M University einen einzigartigen radioaktiven Zerfall durchläuft und dabei drei Heliumkerne, ein Proton und ein Positron erzeugt.

Nicht alle Materialien um uns herum sind stabil. Einige Materialien können einen radioaktiven Zerfall durchlaufen, um stabilere Isotope zu bilden.

Wissenschaftler haben nun erstmals einen neuen Zerfallsmodus beobachtet. Bei diesem Zerfall zerfällt eine leichtere Form von Sauerstoff, Sauerstoff-13 (mit acht Protonen und fünf Neutronen), indem er in drei Heliumkerne (ein Atom ohne die umgebenden Elektronen), ein Proton und ein Positron (die Antimaterie-Version eines Elektrons) zerbricht.

Wissenschaftler haben diesen Zerfall beobachtet, indem sie einen einzelnen Kern beim Zerfall beobachtet und die Zerfallsprodukte gemessen haben.

Wissenschaftler haben zuvor interessante Zerfallsmodi nach dem Prozess des Beta-Plus-Zerfalls beobachtet. Dabei wandelt sich ein Proton in ein Neutron um und gibt einen Teil der erzeugten Energie ab, indem es ein Positron und ein Antineutrino aussendet. Nach diesem initialen Beta-Zerfall kann der resultierende Kern genug Energie haben, um zusätzliche Teilchen abzugeben und sich selbst stabiler zu machen.

Dieser neue Zerfallsmodus ist die erste Beobachtung von drei Heliumkernen (Alpha-Teilchen) und einem Proton, die dem Beta-Zerfall folgen. Die Ergebnisse können Wissenschaftlern Informationen über Zerfallsprozesse und die Eigenschaften des Kerns vor dem Zerfall liefern.

Bild der Partikel, die aus dem Kern hervorgehen, nachdem er den Beta-Zerfall aus diesem neuen Zerfallsmodus durchlaufen hat. Der resultierende Kern hat sich in drei Heliumkerne (α) und ein Proton (p) aufgeteilt, die von einem einzigen Zerfallpunkt (roter Kreis) stammen. Bild: Mit freundlicher Genehmigung von J. Bishop

Bei diesem Experiment verwendeten die Forscher einen Teilchenbeschleuniger namens Cyclotron am Cyclotron-Institut der Texas A&M University, um einen Strahl radioaktiver Kerne mit hoher Energie (ca. 10% der Lichtgeschwindigkeit) zu erzeugen. Sie schickten dieses Strahl radioaktiven Materials, Sauerstoff-13, in ein Gerät namens Texas Active Target Time Projection Chamber (TexAT TPC). Das Material bleibt in diesem Detektor stecken, der mit Kohlendioxidgas gefüllt ist, und zerfällt nach etwa zehn Millisekunden durch Aussendung eines Positrons und eines Neutrinos (Beta-Plus-Zerfall).

Indem sie das Sauerstoff-13 Kern für Kern in den Detektor implantieren und auf dessen Zerfall warten, maßen die Forscher mit dem TexAT TPC alle Teilchen, die nach dem Beta-Zerfall abgegeben werden. Anschließend analysierten sie die Daten mit einem Computerprogramm, um die Spuren zu identifizieren, die die Teilchen im Gas hinterlassen. Dies ermöglichte ihnen, die seltenen Ereignisse (die nur einmal pro 1200 Zerfällen auftreten), bei denen vier der Teilchen nach dem Beta-Zerfall abgegeben werden, zu identifizieren.