In leichten Atomkernen geht offenbar Überraschendes vor sich: In ihnen finden sich unerwartet häufig zwei Protonen zu kurzlebigen Paaren zusammen, wie ein Experiment enthüllt. In diesem hatten solche gleichartigen Paare einen Anteil von gut 20 Prozent – normal wären bisherigen Messungen zufolge aber maximal fünf Prozent. Über die Ursache dieses überraschenden Effekts können die Physiker bisher nur spekulieren, wie sie in „Nature“ berichten.
Der Atomkern ist ein dynamischer Ort: Neutronen und Protonen rasen im Kern umher und interagieren dabei über die starke Kernkraft miteinander. Dabei entstehen manchmal vorübergehende Kombinationen angeregter Kernteilchen. Bei schweren Atomkernen können dies kurzlebige Heliumkerne aus zwei Protonen und zwei Neutronen sein, noch häufiger sind aber Nukleonen-Paare. Bei dieser sogenannten Short-Range-Korrelation (SRC) interagieren zwei Kernbausteine so stark miteinander, dass ihre Strukturen kurzzeitig überlappen.
Ungleiche Paare bevorzugt
Gängiger Lehrmeinung nach kommen solche Paarbildungen mehrheitlich zwischen ungleichen Kernbausteinen vor – also zwischen Proton und Neutron. In Messungen bei verschiedenen Elementen vom Kohlenstoff bis zum Blei machten Proton-Neutron-Paare rund 95 Prozent solcher Short-Range-Korrelationen aus. Nur extrem selten konnten Physiker auch gleichartige Paare aus Proton und Proton oder Neutron und Neutron nachweisen. Diese Verteilung galt bisher als gültig für alle Arten von Atomkernen.
Doch jetzt enthüllt ein Experiment an der Thomas Jefferson National Accelerator Facility in Virginia etwas Überraschendes: Es gibt offenbar Atomkerne, die von diesem „normalen“ Paarverhältnis abweichen. In ihnen bilden sich weit mehr gleichartige Paare aus zwei Protonen als zuvor beobachtet. „Wir haben eine ausgeprägte Abweichung von der fast vollständigen Dominanz der Neutron-Proton-Korrelationen bei schwereren Atomkernen festgestellt“, berichten Shujie Li vom Lawrence Berkeley National Laboratory und ihre Kollegen.
