LMU-Forscher messen erstmals die Lebensdauer eines exotischen Atomkern-Zustands: eine wesentliche Voraussetzung, um eine Kernuhr entwickeln zu können, die Zeit noch genauer misst als die heutigen Atomuhren.

Atomuhren sind bislang die genauesten Uhren. Sie richten sich nach den Schwingungen, die Energiesprünge in den Elektronenhüllen von Atomen auslösen. Noch genauer wären Kernuhren, die den Atomkern selbst als Taktgeber nutzen. Weltweit wird daran geforscht, dass diese neuartige Zeitmessung, die bislang reine Theorie ist, Wirklichkeit wird.

Ein erster Durchbruch gelang den Physikern Dr. Peter Thirolf, Lars von der Wense und Benedict Seiferle vom Lehrstuhl für Experimentalphysik - Medizinische Physik der LMU zusammen mit Kollegen aus Mainz und Darmstadt vergangenen Sommer: Die Physiker konnten erstmals einen jahrzehntelang gesuchten Energiesprung innerhalb des Atomkerns Thorium-229 messen, wie sie damals in der Fachzeitschrift Nature berichteten.

Nun sind die LMU-Physiker noch einen Schritt weiter: Wie sie aktuell in der Fachzeitschrift Physical Review Letters darlegen, haben sie die Eigenschaften des Kernübergangs genauer bestimmt und seine Lebensdauer gemessen. Im Rahmen des EU-Projekts "nuClock" experimentieren Thirolf, von der Wense und Seiferle mit dem Element Thorium, dessen Isotop mit der Masse 229 als einziges unter allen bislang bekannten Atomkernen für eine mögliche Kernuhr geeignet ist.

Nachdem die LMU-Forscher bereits früher den angeregten Zustand des Thorium-Kerns detektieren konnten, haben sie nun seine Halbwertszeit experimentell gemessen. "Das ist der erste direkt experimentell bestimmte Wert für die Lebensdauer des angeregten Zustands des Isotops Thorium-229", sagt Benedict Seiferle. Als nächstes wollen die LMU-Forscher die Energie des Kernübergangs exakt erfassen. Mithilfe dieser Daten, so hoffen sie, soll es dann künftig gelingen, den Atomkern mit speziellen Lasern kontrolliert anzuregen.

Publikation:
Benedict Seiferle, Lars von der Wense, Peter G. Thirolf:
"Lifetime measurement of the 229Th nuclear isomer".
In: Physical Review Letters 2017

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