Ein von Wissenschaftlern des amerikanischen Nationallaboratoriums in Brookhaven angeführtes Forscherteam hat erstmals einen Phasenübergang in Atomkernen experimentell ausgemessen. Dazu beschossen die Forscher Atomkerne mit energiereichen Pionen. Dies führte zu einem “Verdampfen” der Kernbestandteile und ähnelte damit dem Phasenübergang einer Flüssigkeit. Die Forscher werden ihre Ergebnisse in einer der nächsten Ausgaben der Physical Review Letters veröffentlichen.
Das von Vic Viola angeführte Physikerteam untersuchte in seinem Experiment, ob Phasenübergänge in Atomkernen mittels der klassischen Dynamik von Molekülen in Flüssigkeiten und Gasen beschrieben werden können. Ein Zusammenprall von auf acht Gigaelektronenvolt beschleunigten Pionen mit Goldatomkernen führte zunächst zu der Freisetzung einiger Kernbestandteile (Nukleonen) ? sie wurden durch den Zusammenprall aus dem Kern hinauskatapultiert. Im folgenden wurden auch größere Kernbruchstücke freigesetzt.
Dieser Vorgang ähnelt damit dem Verdampfen einer Flüssigkeit: Der Atomkern hat durch den Beschuss einen Phasenübergang zwischen dem “flüssigen” und “gasförmigen” Zustand vollzogen. Das Verdampfen der Atomkerne ist in einer Bilderserie auf der Webseite des American Institute of Physics zu sehen.
Dieses Experiment ermöglichte es den Physikern, einen Dampfdruck sowie eine Temperatur für den Kernvorgang zu definieren und diesen damit mittels der klassischen Mittel der Thermodynamik zu beschreiben. In ihrer für die kommenden Wochen geplanten Veröffentlichung werden sie dann auch ein vollständiges Phasendiagramm (Druck-Temperatur-Kurve) für den Kernphasenübergang vorstellen.
Die Analogie der Phasenübergänge zwischen makroskopischen Flüssigkeiten und Atomkernen hat allerdings auch ihre Grenzen. Eine aus Kryptonatomen bestehende Flüssigkeit etwa hat einen Siedepunkt von 209 Kelvin, während einem Kryptonkern ein “Siedepunkt” von ungefähr 80.000.000.000 Kelvin zuzuordnen wäre. Doch haben die Forscher in ihrer Arbeit in eleganter Weise aufgezeigt, wie die Gesetze der klassischen Thermodynamik erfolgreich zu der Beschreibung von kernphysikalischen Vorgängen angewendet werden können.
Stefan Maier
