Robert Klatt
Ein neuer Schwerionenbeschleuniger soll einen Großteil aller Isotope erzeugen, die im Universum vorkommen. Die meisten dieser Teilchen existieren bisher auf der Erde nicht.
East Lansing (U.S.A.). Die Physik kennt bisher etwa 3.000 Isotope, also Atomkerne mit der gleichen Protonenzahl, aber einem abweichenden Neutronengehalt. Im Bereich der kurzlebigen Atome bestehen aber noch einige Fragen. Es ist etwa unklar, ob es im Periodensystems neben dem schwersten bekannten Element Oganesson noch schwerere Elemente gibt. Zudem ist offen, ob es Isotope existieren, die für mehr als nur wenige Millisekunden bestehen bleiben.
Wissenschaftler der Facility for Rare Isotope Beams (FRIB) der Michigan State University wollen diese Fragen mit der stärksten Ionenkanone der Welt lösen. Dieser spezielle Teilchenbeschleuniger kann schwere Ionen mit hoher Energie auf andere Elemente schießen. Bei der Kollision entstehen noch schwere Atome, bei denen auch seltene Isotope vorkommen. Anhand ihrer Eigenschaften könnten Physiker ermitteln, wie im Weltraum neue Elemente entstehen. Dies passiert zum Beispiel bei Supernova-Explosionen und im Inneren von Sternen.
Der neue Schwerionenbeschleuniger der FRIB kann mit seinem 500 Meter langen Linearbeschleuniger schwere Atomkerne auf mehr als die Hälfte der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Dabei entstehen Billionen Isotope pro Sekunde. „Die Strahlintensität wird tausendfach höher sein als das hier zuvor erreichbare“, erklärt FRIB-Projektmanager Paul Mantica.
Die stärkste Ionenkanone der Erde hat damit optimale Voraussetzungen, exotische Isotope zu produzieren. Die Chance für Atomverschmelzungen und damit für neue Elemente und Isotope nimmt mit der Anzahl und Energie zu, mit der die Ionen das Kohlenstoffziel treffen. „Eine der Maßzahlen für potenzielle Neuentdeckungen ist die Intensität des Primärstrahls und der FRIB wird den stärksten Primärstrahl weltweit aufweisen“, so Thomas Glasmacher, Leiter des FRIB-Labors.
Die erzeugten Isotope können durch vier elektromagnetische Separatoren aufgeteilt werden. Somit können die Wissenschaftler gezielt neue Isotope suchen und ihre Eigenschaften analysieren. Die am Projekt beteiligten Wissenschaftler gehen davon aus, dass der neue Schwerionenbeschleuniger etwa 80 Prozent aller Isotope erzeugen kann, die im Universum existieren.
Zu den etwa 3.000 bekannten Isotopen könnten also bald mehrere tausend neue Isotope hinzukommen. Bisher gibt es einen Großteil davon auf der Erde nicht, weil ihre Entstehung in den energiereichsten Prozessen des Universums erfolgt. „Es gibt Prozesse im Inneren von Sternen, die sehr exotische Atomkerne involvieren, doch bis heute waren nicht imstande, diese exotischen Kerne zu produzieren“, erklärt Artemis Spyrou.
„Die schiere Menge an neuen Information, die wir durch diese Anlage bekommen werden, ist einfach unglaublich. Wir erwarten dadurch definitiv neue Erkenntnisse für die Grundlagenforschung“ so Spyrou. Neben der Grundlagenforschung sollen die Isotope auch einen praktischen Nutzen haben. Sie können etwa in der Entwicklung neuer Behandlungsmethoden gegen Krebs und für neue Materialien verwendet werden.
