Der Kern des Fermium-255 ist nicht rund. Ein Experiment mit Lasern zeigt, dass er eine deutlich längliche Form besitzt, wie ein in die Länge gezogener Ballon.
Fermium ist ein radioaktives Element, dessen Kern 100 Protonen enthält. Sein Isotop Fermium-255 ist besonders schwer zu untersuchen. Seine Halbwertszeit beträgt etwa 20 Stunden. Das bedeutet, dass nach dieser Zeit die Hälfte der in einer Probe vorhandenen Kerne zerfallen ist.
Von einer KI anhand der Beschreibung des Fermium-255 erzeugtes Illustrationsbild
Die Forschenden haben die Form des Kerns nicht direkt beobachtet. Sie untersuchten, wie Fermiumatome Licht absorbieren. Verwendet wurden zwei sehr nahe beieinanderliegende Wellenlängen um 398 nm im violetten Bereich.
Der Kern beeinflusst die ihn umgebenden Elektronen ganz geringfügig. Diese Wechselwirkungen erzeugen winzige Unterschiede im Lichtspektrum des Atoms. Durch präzise Messungen können die Forschenden Informationen über die Eigenschaften des Kerns gewinnen.
Das Experiment wurde mit dem Massenseparator RISIKO an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz durchgeführt. Eine hochauflösende Ionenquelle ermöglichte es, diese sehr kleinen Unterschiede zu unterscheiden, die als Hyperfeinstruktur bezeichnet werden.
Anschließend wurden die Messungen mit Berechnungen verglichen, die die Elektronen des Fermiums beschreiben. So bestimmten die Forschenden das magnetische Moment des Kerns und sein elektrisches Quadrupolmoment. Diese zweite Größe ermöglicht insbesondere, zu bestimmen, wie stark der Kern von einer Kugelform abweicht.
Das Ergebnis zeigt, dass der Kern des Fermium-255 stark und dauerhaft entlang einer Achse gestreckt ist. Physiker bezeichnen diese Form als „prolat“. Sie entspricht dem, was für mehrere benachbarte schwere Kerne erwartet wurde.
Abschließend verglichen die Forschenden ihre Messungen mit mehreren Modellen der Kernphysik. Diese geben die beobachteten Eigenschaften insgesamt gut wieder. Fermium-255 kann somit als Referenz dienen, um diese Modelle zu testen und künftige Messungen an noch schwereren Elementen vorzubereiten.