Forscher weisen beim Gold-Isotop 187Au erstmals ein longitudinales Taumeln nach Atomkern des Goldes "eiert" - scinexx | Das Wissensmagazin
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Atomkern des Goldes „eiert“

Forscher weisen beim Gold-Isotop 187Au erstmals ein longitudinales Taumeln nach

187Au
Der elliptische Atomkern des Gold-Isotops 187Au eiert um eine leicht schräge Achse. © APS/ Alan Stonebraker

Gold hat schon per se ungewöhnliche Eigenschaften. Doch nun haben Forscher eine weitere Eigenheit entdeckt: Der Kern des Gold-Isotops 187Au beginnt zu eiern, wenn er angeregt ist. Dabei taumelt der Atomkern um seine Längsachse wie ein langgezogener Kreisel. Der Grund dafür ist wahrscheinlich die Form dieses Goldkerns: Seine Kernbausteine sind nicht zur säuberlichen Kugel geballt, sondern elliptisch.

Gold ist nicht nur ein begehrtes Edelmetall, es ist auch in chemischer und physikalischer Hinsicht ziemlich ungewöhnlich. So besitzt es einen einzigartigen Glanz, ist erstaunlich reaktionsträge und kann schon bei Raumtemperatur schmelzen, wenn es starken elektrischen Feldern ausgesetzt wird. Unter Hochdruck macht Gold zudem einen geradezu paradoxen Wandel seiner Struktur durch und als Nanokörnchen kann es zu einem wahren Strahlenschlucker werden.

Gold-Isotop eiert um seine Schrägachse

Jetzt haben Forscher um Nirupama Sensharma von der University of Notre Dame in Indiana eine weitere Besonderheit des Goldes entdeckt. Für ihre Studie hatten sie Gold-Isotope erzeugt, indem sie Fluor-Ionen auf ein Ytterbium-Ziel schossen. Die Kerne dieser Atome verschmolzen miteinander und schufen so verschiedene schwerere Elemente, darunter auch kurzlebige Goldatome wie 187Au. Über ein Gammastrahlen-Spektrometer analysierten die Forscher das Verhalten und die Form dieser angeregten Kerne.

Das Ergebnis: Die Kerne des Gold-Isotops 187Au bewegen sich deutlich anders als andere Atomkerne, wie die Forscher herausfanden. Während sich normale Atomkerne wie ein Ball oder Planet als fester, einheitlicher Körper um ihre Achse drehen, zeigt 187Au eine ganz neue Bewegungsform: Der leicht elliptische Kern eiert um eine leicht schräg stehende Achse. Ein solches longitudinales Taumeln haben Physiker zwar schon im Jahr 2014 theoretisch vorhergesagt. Bisher jedoch ist dieses Verhalten noch nie bei einem so schweren Kern beobachtet worden.

Elliptischer Kern mit eigensinnigem Baustein

Wie aber kommt dieses Eiern zustande? Normalerweise sind die Protonen und Neutronen in Atomkernen in kugelförmigen Schalen angeordnet. Sie entsprechen bestimmten, quantenmechanisch günstigen Energieniveaus. Es gibt jedoch schwere Isotope, deren Kernbausteine im Ungleichgewicht sind und die daher eine eher elliptische oder sogar birnenförmige Form annehmen können.

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Auch der Kern des Gold-Isotops 187Au ist elliptisch, weil sich einer seiner Kernbausteine außerhalb der klassischen Schalen bewegt. Im Grundzustand rotiert dieser Goldkern trotzdem gleichmäßig um eine seiner Achsen. Doch wenn man diesem Atomkern Energie zuführt, wie im Experiment von Sensharma und seinem Team, wird der Kern angeregt. Dadurch zerrt der einzelnen Kernbaustein am Restkern und bringt ihn zum Eiern, wie die Forscher erklären.

Im Falle des Gold-Isotops findet dieses Taumeln weder um die Längs- noch um die Querachse des elliptischen Kerns statt, sondern um eine schräg zu beiden stehende Achse. 187Au zeigt damit ein longitudinales Taumeln, wie nun Sensharma und sein Team nachgewiesen haben. (Physical Review Letters, 2020; doi: 10.1103/PhysRevLett.124.052501)

Quelle American Physical Society (APS)

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