Atomphysik Zusammenspiel zwischen Protonen und Neutronen im Atomkern erforscht

Ein Trick hat Physikern dabei geholfen, neue Einblicke in die starke Kraft zu erhalten, die Protonen und Neutronen im Atomkern zusammenhält. Mit einer Computersimulation modellierten sie das Zusammenspiel der Kernteilchen.

Anbieter zum Thema

STILL GmbH

Klinkhammer Intralogistics GmbH

CADFEM Germany GmbH

Ruhr-Universität Bochum Dezernat 8 Hochschulkommunikation

Die starke Kraft, die Protonen und Neutronen bindet, ist von fundamentaler Bedeutung – bislang im Detail jedoch nicht verstanden. „Ein rätselhaftes Phänomen entsteht, wenn man zwei Alpha-Teilchen betrachtet“, sagt Prof. Dr. Evgeny Epelbaum von der Ruhr-Universität Bochum. Als Alpha-Teilchen bezeichnet man zweifach ionisierte Helium-Atome, also Zusammenschlüsse von zwei Protonen und zwei Neutronen.

„Eigentlich würde man erwarten, dass kleine Veränderungen in der starken Kraft zwischen Protonen und Neutronen die Wechselwirkung zweier Alpha-Teilchen nicht maßgeblich beeinflussen“, führt Epelbaum aus. Die Berechnungen der Physiker jedoch ergaben das Gegenteil: Die Alpha-Teilchen reagierten sehr empfindlich auf Veränderungen in der starken Kraft.

Mathematisches Pendant einer Pinzette

Um die Physik hinter diesem Phänomen zu verstehen, repräsentierten die Forscher das Zusammenspiel der Kernteilchen mit einem vereinfachten Computermodell. Sie wollten die Kräfte zwischen zwei zusammengesetzten Kernen in Abhängigkeit von den Kräften zwischen den einzelnen Protonen und Neutronen berechnen. „Das geht aber nur, wenn wir die zusammengesetzten Teilchen in der Simulation an einem bestimmten Ort festhalten“, beschreibt Epelbaum die Herausforderung.

Dazu dachte sich das Team einen Trick aus: Die Physiker nutzten das mathematische Pendant einer Pinzette, um zwei der vier Teilchen festzuhalten. Die Pinzette realisierten sie in Form einer schwachen äußeren Kraft, die die Teilchen an einen Ort fesselte.

Internationales Forscherteam

Die Ergebnisse der Simulation liefern neue Antworten auf die Frage, welche Eigenschaften der starken Kraft zwischen Protonen und Neutronen zur Anziehung und Abstoßung von zusammengesetzten Teilchen führen.

Das Team der Ruhr-Universität Bochum und der North Carolina State University beschreibt die Ergebnisse in der Zeitschrift Physical Review Letters. Unter den Autoren sind Prof. Dr. Evgeny Epelbaum, Dr. Hermann Krebs und Dr. Alexander Rokash vom Bochumer Institut für Theoretische Physik II.

(ID:44765473)