Darmstädter Forscher entwickeln Modell, um Wechselwirkungen...

In Atomkernen sind, je nach Element, viele elektrisch positiv geladenen Protonen versammelt, die sich eigentlich abstoßen müssten. Zusammengehalten werden sie von der starken Kernkraft. Was diese Kraft ausmacht, ist Gegenstand einer Forschungsarbeit an der TU Darmstadt, die jetzt in den "Physical Review Letters" veröffentlicht wurde. Archivfoto: Kai Remmers / dpa

In Atomkernen sind, je nach Element, viele elektrisch positiv geladenen Protonen versammelt, die sich eigentlich abstoßen müssten. Zusammengehalten werden sie von der starken...

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DARMSTADT. In Atomkernen sind, je nach Element, viele elektrisch positiv geladenen Protonen versammelt, die sich eigentlich abstoßen müssten. Zusammengehalten werden sie von der starken Kernkraft. Was diese Kraft ausmacht, ist Gegenstand einer Forschungsarbeit an der TU Darmstadt, die jetzt in den "Physical Review Letters" veröffentlicht wurde. Zur Beschreibung der Vorgänge im Atomkern nutzten die Physiker eine theoretische Vereinfachung, die sich möglicherweise auch auf schwerere Atomkerne übertragen lässt.

Die Darmstädter Wissenschaftler nutzten für ihre Forschungen ein wichtiges Konzept in der theoretischen Physik: effektive Feldtheorien. Dabei handelt es sich um ein Grundhandwerkszeug für Vorhersagen in der Elementarteilchenphysik: Sie helfen, die Effekte der starken Wechselwirkung genau zu beschreiben.

"Vereinfacht gesagt, brechen solche Theorien mikroskopische Details auf ihren wesentlichen Inhalt herunter, indem sie den mathematischen Formalismus auf den gewünschten Detailgrad anpassen", heißt es dazu in einer Pressemitteilung der TU. Dieser Ansatz könne als Wahl einer geeigneten "theoretischen Auflösung" interpretiert werden. Dies ist vergleichbar mit der Wahl größerer Pixelgrößen für aus der Ferne betrachtete Großbildschirme im Unterschied zu kleinen Smartphones, um den gleichen visuellen Eindruck zu erreichen.

Die Betrachtung aus der Distanz ermöglicht es außerdem, größere Zusammenhänge zu sehen. In diesem Fall ist das die Beschreibung von Kernen basierend auf einem einfachen aber mächtigen Prinzip: Im "Unitaritätslimes" zeigen Systeme von Protonen und Neutronen universelles Verhalten, welches sie mit scheinbar sehr unterschiedlichen Teilchen, wie etwa Atomen in ultrakalten Gasen, teilen. In diesem Grenzfall werden die physikalischen Eigenschaften der beobachteten Zustände durch einen einzigen Parameter bestimmt, der die Wechselwirkung dreier Teilchen charakterisiert.

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Die Wissenschaftler zeigen, dass Atomkerne aus bis zu vier Teilchen (zum Beispiel Helium) in diesem Grenzfall in guter Näherung beschrieben werden. Weiterhin ist es möglich, die theoretische Auflösung durch eine Folge von Korrekturen zu erhöhen. "Auf diese Weise erhält man eine gute Beschreibung der experimentellen Bindungsenergien basierend auf einer kleinen Zahl experimenteller Daten", heißt es bei der TU. Die beteiligten Wissenschaftler - darunter Forscher aus USA und Frankreich - vermuten, dass sich dieser Ansatz auch auf schwerere Kerne ausdehnen lässt.

Von red/ine