Physiker:innen an der US-amerikanischen Michigan-State-Universität konnten jüngst der sogenannten Kerntheorie eine weitere Facette hinzufügen. Ohnehin ist es allerdings so, dass es keine einzige Theorie gibt, die Existenz, Struktur und Verhalten aller Atomkerne erklären könnte.

Die Kerne sind so komplex, dass nur die leichtesten durch Modelle beschrieben werden können. Sobald ein erhebliches Ungleichgewicht zwischen Protonen und Neutronen ins Spiel kommt, versagen bisher selbst die komplexesten Modelle.

Genau ein solches Ungleichgewicht nahmen sich die Forscher:innen in Michigan vor. Mit einer Technologie, die der zur Entdeckung des Higgs-Bosons ähnlich ist, stellten sie Stickstoff‑9 her. Sie erzeugten einen flüchtigen Kern, der sieben Protonen und zwei Neutronen besitzt. Das ist weit jenseits der bisherigen Existenzgrenze für Atomkerne.

Das Anteilsverhältnis ist dermaßen krass, dass der winzige Materieknoten in weniger als einer Milliardstel Nanosekunde auseinanderfällt. So wäre ein Kern schwer nachweisbar, wenn er denn überhaupt existierte. Ebenjene Existenz hat das Forschungsteam nachweisen können.

Weil Stickstoff‑9 so schnell zerfällt, suchte das Team in seiner Versuchsanordnung nach den Zerfallsprodukten des mutmaßlichen Kerns und wurde systematisch fündig, sodass ein Zufallsbefund ausgeschlossen werden kann. Das erläutert Robert Charity, Nuklearwissenschaftler an der Washington-Universität im US-amerikanischen St. Louis und Leiter der neuen Studie. Ihre Erkenntnisse haben die Forscher:innen in den Physical Review Letters publiziert.

Das dürfte nach einhelliger Einschätzung internationaler Expert:innen dafür sorgen, dass die Kerntheorie erweitert werden muss. Zudem könnten die Erkenntnisse, die im Umgang mit ungebundenen Kernen wie Stickstoff‑9 gewonnen werden, weiter reichende Auswirkungen auf die Quantenmechanik haben.

Der Kernphysiker Alexander Volya von der Florida-State-Universität gibt sich gegenüber Science begeistert: „Das ist eine völlig neue Physik, die erforscht werden muss.“