von DIRK EIDEMÜLLER
Normalerweise stellt man sich Atomkerne als extrem dichte Zusammenballung von Protonen und Neutronen vor, die durch die starke Kernkraft zusammengehalten werden. Sie ist die stärkste aller Naturkräfte und kann die enorme elektromagnetische Abstoßung überwinden, welche die positiv geladenen Protonen auf so engem Raum wechselseitig aufeinander ausüben. In Illustrationen werden Atomkerne deshalb fast immer als dichte Kugelpackung aus Protonen und Neutronen dargestellt. Nun ist dieses Bild nicht ganz falsch, es trifft aber nicht den Kern.
Denn einerseits gehören Atomkerne zum Reich der Quantenphysik, sodass sich der Wellencharakter der Materie dort bemerkbar macht. Genauso wie Elektronen nicht um Atomkerne kreisen wie Planeten um die Sonne, sondern besser durch Orbitale beschrieben werden, so sitzen auch die Protonen und Neutronen in den Atomkernen auf energetischen Schalen. Durch Energiezufuhr, etwa durch elektromagnetische Strahlung im Röntgen- oder Gammabereich, lassen sich Kernübergänge zwischen diesen Schalen hervorrufen – ganz analog zu den elektronischen Anregungen, die in LEDs etwa zur Emission von Licht führen.
Andererseits sind Atomkerne keineswegs allesamt kugelförmig. Die meisten besitzen zwar schon diese Gestalt – aber manche Kerne haben eine gewisse Deformation und entsprechen eher einem Diskus oder einem Rugbyball.
Noch exotischer sind die sogenannten Halo-Kerne, bei denen ein Proton oder Neutron so locker an den restlichen Atomkern gebunden ist, dass es gleichsam um die übrigen Kernbestandteile „herumfliegt“. Solche Halos können bei instabilen, kurzlebigen Atomkernen auftreten, vor allem bei jenen am Rand der Nuklidkarte. Dort finden sich besonders neutronenreiche oder protonenreiche Atomkerne mit nur sehr schwach gebundenen Neutronen oder Protonen. Diese können einen Halo bilden, der den Radius des Atomkerns deutlich vergrößert.
Es sind bislang vor allem ungewöhnlich neutronenreiche Atomkerne bekannt, die einen Halo aus Neutronen aufweisen. Ein Team der Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) an der Michigan State University hat sich nun auf die Suche nach einem Atomkern mit einem Proton-Halo gemacht. „Unser Team hat den Atomkern Aluminium-22 vermessen“, sagt der Kernphysiker Scott Campbell, der im Rahmen seiner Doktorarbeit dieses Experiment vorangetrieben hat.
Normales Aluminium hat 13 Protonen und 14 Neutronen – und folglich die Nomenklatur Aluminium-27. Ein Aluminium-22-Kern weist ebenfalls 13 Protonen auf, aber nur neun Neutronen. Es ist als das leichteste Aluminium-Isotop bekannt – so neutronenarm, dass es kein leichteres Aluminium-Isotop mehr geben dürfte. Mit einer Halbwertszeit von weniger als einer zehntel Sekunde ist es auch recht kurzlebig – aber langlebig genug für eingehende Untersuchungen.
