Nicht alle Materie um uns herum ist stabil. Einige Stoffe unterliegen einem radioaktiven Zerfall, um stabilere Isotope zu bilden. Mit modernster Ausrüstung am Cyclotron Institute der Texas A&M University haben Wissenschaftler zum ersten Mal einen einzigartigen radioaktiven Zerfall von Sauerstoff-13 beobachtet, bei dem drei Heliumkerne, ein Proton und ein Positron, entstanden.
Wissenschaftler haben nun erstmals ein neues Zerfallsmuster beobachtet. Bei diesem Zerfall zerfällt eine leichtere Form von Sauerstoff – Sauerstoff-13 (mit 8 Protonen und 5 Neutronen) – durch Aufspaltung in 3 Heliumkerne (Atome ohne umgebende Elektronen), 1 Proton und 1 Positron (die Antimaterie-Version eines Elektrons).
Wissenschaftler beobachten diesen Zerfall, indem sie beobachten, wie einzelne Kerne auseinanderbrechen, und die Zerfallsprodukte messen.
Wissenschaftler haben zuvor interessante Muster beim radioaktiven Zerfall beobachtet, einem Prozess, der als „Beta-Plus-Zerfall“ bekannt ist. Dabei verwandeln sich Protonen in Neutronen und geben einen Teil der Energie frei, die durch die Emission von Positronen und Antineutrinos entsteht. Nach dem anfänglichen Beta-Zerfall kann der entstehende Kern genug Energie haben, um zusätzliche Teilchen zu verdampfen, wodurch er stabiler wird.
Dieser neue Zerfallsmodus ist die erste Beobachtung eines Betazerfalls, bei dem drei Heliumkerne (Alphateilchen) und ein Proton freigesetzt werden. Die Ergebnisse ermöglichen es Wissenschaftlern, den Zerfallsprozess und die Eigenschaften des Kerns vor dem Zerfall zu verstehen.
Bild von Partikeln, die entstehen, nachdem der Kern den Beta-Zerfall dieses neuen Zerfallsmodus durchläuft. Der resultierende Kern spaltet sich in drei Heliumkerne (α) und ein Proton (p), die von einem Zerfallspunkt (roter Kreis) stammen. Bildquelle: Zur Verfügung gestellt von J.Bishop
In diesem Experiment nutzten die Forscher das Zyklotron-Institut der Texas A&M University, um einen Strahl hochenergetischer (etwa 10 % der Lichtgeschwindigkeit) radioaktiver Kerne zu erzeugen. Sie schickten diesen Strahl radioaktiven Materials (Sauerstoff-13) in ein Gerät namens Texas Active Target Time Projection Chamber (TexATTPC). Dieses Material stoppt im Inneren des mit Kohlendioxidgas gefüllten Detektors und zerfällt nach etwa 10 Millisekunden durch die Emission eines Positrons und eines Neutrinos (Beta-Plus-Zerfall).
Die Forscher implantierten Sauerstoff-13 kernweise in die Detektorkerne und warteten darauf, dass er zerfiel. Anschließend verwendeten sie TexATTPC, um alle Partikel zu messen, die nach dem Betazerfall verdampften. Anschließend analysierten sie die Daten mit einem Computerprogramm, um die Spuren zu bestimmen, die die Partikel im Gas hinterlassen hatten. Auf diese Weise konnten sie ein seltenes Ereignis (das nur einmal bei 1.200 Zerfällen auftritt) identifizieren, bei dem nach dem Betazerfall vier Teilchen freigesetzt werden.