Fundamentale Abweichung: Einer der kleinsten Atomkerne ist leichter als er nach offiziellem Referenzwert sein dürfte, wie die bisher genaueste Messung enthüllt. Demnach hat das Deuteron – ein Kern aus einem Proton und einem Neutron – eine deutlich geringere Masse als es der Referenzwert vorgibt. Damit mehren sich die Abweichungen fundamentaler Atombausteine gegenüber den offiziell festgelegten Richtwerten.
Die fundamentalen Bausteine der Materie – Protonen, Neutronen und Elektronen – prägen das Verhalten der Atome und Moleküle. Ihre Merkmale genau zu kennen, ist daher essenziell – auch für viele Naturkonstanten. Doch sie zu messen ist schwierig und mit großen Unsicherheiten behaftet. So haben Forscher in den letzten Jahren immer wieder erhebliche Abweichungen unter anderem beim Radius und der Masse des Protons von den Referenzwerten festgestellt.
Deuteron auf der „Waage“
Neue Diskrepanzen haben nun Forscher um Sascha Rau vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg auch für das Deuteron festgestellt – den Atomkern des schweren Wasserstoffs. Er besteht aus einem Proton und einen Neutron und erlaubt wegen seiner einfachen Struktur sensitive Tests grundlegender physikalischer Theorien. Darüber hinaus lässt sich aus der Masse des Deuterons auch die Masse des Neutrons – des zweiten Bestandteils der Atomkerne neben dem Proton – ableiten.
Um das Deuteron zu „wiegen“, nutzten die Forscher eine sogenannte Penningfalle. In ihr halten starke Magnetfelder die geladenen Atomkerne in der Schwebe und lenken sie auf Kreisbahnen. Die Umlaufzeit dieser Bahnen hängt von der Masse der Teilchen ab. Schwerere Partikel haben eine geringere Orbitalfrequenz als leichtere. Ähnlich wie bei einer Balkenwaage ermitteln die Wissenschaftler die Masse über ein „Eichgewicht“ – in diesem Falle ein sechsfach positiv geladenes Kohlenstoff-Ion.
