Physiker werfen einen ersten Blick auf das schwer fassbare Isotop Stickstoff-9.

Forscher haben möglicherweise gerade den flüchtigen Atomkern von Stickstoff-9 zum ersten Mal entdeckt.

Mit sieben Protonen und zwei Neutronen stößt der schief gelagerte Atomkern von Stickstoff-9 an die Grenzen dessen, was überhaupt als Kern betrachtet werden kann. Dennoch deuten Hinweise auf seine Existenz darauf hin, dass er in Jahren alten Daten von Experimenten zur Suche nach einem anderen ungewöhnlichen Kern lauert, berichten Forscher in den Physical Review Letters vom 27. Oktober.

Wenn nachfolgende Studien die Entdeckung bestätigen können, wird Stickstoff-9 der erste Kern sein, der mit fünf weiteren Protonen gesichtet wurde, als er stabil halten kann - bisher lag die Grenze bei vier.

"Was sind die Grenzen der Kernexistenz?" fragt der Kernphysiker Andreas Heinz von der Chalmers University of Technology in Göteborg, Schweden, der nicht an der Studie beteiligt war. Das versuchen die Autoren der Studie und die Physiker im Allgemeinen zu verstehen, sagt er.

Protonen und Neutronen, die subatomaren Teilchen, die Atomkerne bilden, werden im Wesentlichen von der starken Kernkraft zusammengehalten. Aber die Kraft kann Kerne, die übermäßig ungleiche Verhältnisse von Protonen zu Neutronen aufweisen, nicht zusammenhalten. Zu viele Partikel, vor allem Protonen, die sich aufgrund ihrer positiven Ladung abstoßen, und der nukleare Eimer beginnt überzulaufen.

Jenseits dieses Überlaufs, den Physiker als "Drip Line" bezeichnen, können die Kerne ihre Partikel nicht vollständig binden.

"Die Leute sprechen von der Drip Line als dem Ende der Existenz von Kernen", sagt Marek Płoszajczak, ein Kernphysiker am Grand Accélérateur National d'Ions Lourds in Caen, Frankreich, der nicht an der Studie beteiligt war.

Aber Kerne existieren jenseits der Drip Line, wenn auch nur kurzzeitig. Um als Kern zu gelten, müssen einige Protonen und Neutronen etwa 10^-22 Sekunden lang zusammenhalten - ein so kurzer Augenblick, dass in einer Sekunde mehr solcher Momente passen als Sekunden in das Alter des Universums. Allerdings bemerkt Heinz, dass dies eine weitgehend willkürliche Definition ist, die hauptsächlich auf einer einzigen früheren Studie basiert.

Wissenschaftler, die nach Kernen jenseits der Drip Line suchen, prüfen diese Definition. "Wir interessieren uns dafür, wie weit man gehen kann, bevor man diese Dinge nicht mehr als neue Kerne betrachten kann", sagt der Kernwissenschaftler Robert Charity von der Washington University in St. Louis.

Die Entdeckung eines Kerns, der so weit jenseits der Drip Line liegt wie Stickstoff-9 - fünf Protonen darüber hinaus - war selbst für Charities Team überraschend. Bisher hatten Wissenschaftler nur Isotope gefunden, die bis zu vier Protonen jenseits der Drip Line liegen.

Die Atome eines bestimmten Elements haben jeweils eine feste Anzahl von Protonen. Aber die Anzahl der Neutronen kann variieren und damit Isotope dieses Elements erzeugen. Charity und Kollegen hatten nach einem Isotop von Sauerstoff, Sauerstoff-11, gesucht, indem sie hochenergetische Strahlen von Sauerstoff-13-Kernen in Beryllium-Ziele geschossen und die Zerfallsprodukte kurzlebiger Kerne in der Kollision gemessen hatten.

Jahre nach dem Experiment bemerkte Charity, dass die Zerfallsprodukte in den Daten so aussahen, als ob sie von Stickstoff-9-Kernen stammen müssten. Seine theoretischen Kollegen bestätigten später, dass die Zerfallsprodukte tatsächlich vom Isotop stammen könnten. Es dauert etwa 10^-21 Sekunden, ungefähr zehnmal so lange wie der Mindestgrenzwert, sagt Charity.

Die statistische Stärke der Beweise für Stickstoff-9 liegt genau an der Kippe dessen, was Wissenschaftler als Entdeckung betrachten würden. Aber das Team hat wirklich "starke Beweise" für Stickstoff-9, sagt Heinz. "Für mich klingt das wirklich überzeugend." Und, sagt er, die mögliche Entdeckung sollte experimentellen Wissenschaftlern, die nach anderen Isotopen jenseits der Drip Line suchen, als beruhigende Nachricht dienen.

Was die Theoretiker betrifft, so sagt Płoszajczak, dass das neue Ergebnis ihnen einen "Anstoß" geben sollte, ihre Modelle von Kernen jenseits der Drip Line zu verbessern, die immer noch ziemlich begrenzt sind. "Diese Experimente zeigen, dass das Leben des Kerns weit über die Drip Line hinausgeht."

Bei Stickstoff-9 hat das Experiment die Theorie geschlagen. Aber bessere Theorien könnten es ermöglichen, gezielt nach feuchten Kernen zu suchen, was wiederum die Überprüfung von Theorien erleichtern würde. Wenn das passiert, werden wir "eine Art Diskussion - ein Gespräch mit der Natur" beginnen können, sagt Płoszajczak. "Dann glaube ich, dass das ganze Gebiet explodieren wird. Also stehen wir erst am Anfang."

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