Ein CERN-Team aus Chemie und Physik misst erstmals die Isotopieverschiebung bei Radiummonofluorid. Die Federf\u00fchrung der Gruppe hat auch ein Forscher aus Marburg.
\nDie Physik erh\u00e4lt Verst\u00e4rkung: Die Energie von Elektronen \u00e4ndert sich messbar, wenn der Atomkern eines Molek\u00fcls vergr\u00f6\u00dfert oder verkleinert wird. Dieser winzige Effekt hat eine internationale Forschungsgruppe am europ\u00e4ischen Kernforschungszentrum „CERN“ in Genf nun in experimentellen Beobachtungen an kurzlebigen Radiummonofluoridmolek\u00fclen (RaF) nachgewiesen. Das Team mit Marburger Beteiligung berichtet \u00fcber seine Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“.
\nWill man mehr \u00fcber den Atomkern und die Elementarteilchen herausfinden, aus denen er besteht, so bieten Messungen an Molek\u00fclen ein ideales Szenario. „Wir machen uns zunutze, dass manche physikalischen Effekte in Molek\u00fclen um ein Vielfaches verst\u00e4rkt sein k\u00f6nnen“, erkl\u00e4rte der Marburger Chemietheoretiker Prof. Dr. Robert Berger als einer der Leitautoren der Studie. „Der Verst\u00e4rkereffekt macht sich besonders bei Molek\u00fclen bemerkbar, die sehr schwere, radioaktive Bestandteile enthalten.“
\nWenn sich die Zahl der Neutronen im Atomkern ver\u00e4ndert – bei sogenannten „Isotopen“ -, kommt es zu kleinen Energiedifferenzen der Elektronen in der Atomh\u00fclle; die Fachwelt spricht dabei von einer „Isotopieverschiebung“.
\n„Bislang war wenig \u00fcber Isotopieverschiebungen in Molek\u00fclen bekannt“, berichtete Berger. „Experimentell erworbene Kenntnisse \u00fcber kurzlebige radioaktive Molek\u00fcle sind rar, so dass quantenchemische Berechnungen oft die einzige Informationsquelle bilden“, f\u00fchrte er aus. „Wenn es aber gelingt, sehr genau hinzuschauen, kann man messen, wie sich unterschiedlich gro\u00dfe Isotopenkerne auf die Wechselwirkungen mit den Elektronen in Molek\u00fclen auswirken.“
\nMolek\u00fcle mit kurzlebigen radioaktiven Atomen kommen in der Natur nicht vor; sie m\u00fcssen daher k\u00fcnstlich in spezialisierten Einrichtungen wie dem Isotopentrenner ISOLDE am europ\u00e4ischen Kernforschungszentrum CERN in Genf hergestellt werden.
\nBerger und eine vielk\u00f6pfige Forschungsgruppe aus aller Welt berichten nun erstmals, wie sich die Energieniveaus in einem Radiumfluoridmolek\u00fcl verschieben, wenn sich die Neutronenzahl im Radiumkern \u00e4ndert. Dazu baute das Team am CERN ausgekl\u00fcgelte Versuche auf, um schrittweise Radiummonofluorid herzustellen und dessen Eigenschaften mittels Laser spektroskopisch zu studieren. „Aufgrund der speziellen elektronischen Situation in RaF k\u00fcrzen sich die \u00fcblichen, eher langweiligen Masseneffekte quasi heraus“, legt Berger dar. Daher k\u00f6nne man den viel kleineren Effekt messen, den die \u00c4nderung des Kernvolumens hervorruft.
\n„Die Ergebnisse dieser Experimente stimmen hervorragend mit unseren theoretischen Berechnungen \u00fcberein“, berichtete Konstantin Gaul aus Bergers Arbeitsgruppe. Insbesondere zeigt die gemessene Isotopieverschiebung in Radiummonofluorid, dass das Molek\u00fcl sehr empfindlich auf \u00c4nderungen der Kerngr\u00f6\u00dfe reagiert.
\n„Kurzlebige Molek\u00fcle wie radioaktives Radiummonofluorid bieten demnach eine hervorragende M\u00f6glichkeit, um die Kernstruktur zu studieren“, hob Gaul hervor. „Hier lernt man mit Hilfe der Molek\u00fclspektroskopie etwas \u00fcber Kernphysik.“
\nBerger erg\u00e4nzte: „Wir haben bereits fr\u00fcher theoretisch gezeigt, dass RaF sensitiv f\u00fcr symmetrieverletzende Kerneigenschaften wie zum Beispiel das Anapolmoment ist“Er erl\u00e4uterte die weitere Vorgehensweise: „Mit weiter verfeinerten Experimenten kann man auf die Messung dieser faszinierenden Kerneigenschaften zielen.“
\nBerger leitet eine Arbeitsgruppe f\u00fcr Theoretische Chemie an der Philipps-Universit\u00e4t. An der Studie beteiligten sich zahlreiche weitere Arbeitsgruppen aus der Bundesrepublik, Belgien, China, Finnland, Frankreich, Gro\u00dfbritannien, Russland, der Schweiz und den Vereinigten Staaten von Amerika (USA).
\nDie Federf\u00fchrung lag bei Berger sowie bei den amerikanischen Physikern Prof. Dr. Ronald Fernando Garcia Ruiz und dessen Mitarbeiter Silviu-Marian Udrescu vom vom „Massachusetts Institute of Technology“ (MIT). Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) , das Bundesforschungsministerium sowie zahlreiche weitere F\u00f6rderer haben die zugrundeliegende Forschungsarbeit unterst\u00fctzt.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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