Herkunft der Elemente im Universum

LUNA spürt seltenes Ereignis auf

Ein internationales Wissenschaftlerteam konnte im Gran-Sasso-Labor des Italienischen Nationalen Instituts für Kernphysik (INFN) erstmals eine seltene Kernreaktion nachweisen, die sonst nur in den sogenannten Roten Riesen vorkommt.

Dr. Rosanna Depalo vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf und Dr. Francesca Cavanna (links) vor dem Versuchsaufbau im Gran-Sasso-Labor des Italienischen Nationalen Instituts für Nuklearphysik (INFN). Foto: R. Depalo (INFN / HZDR)

Zu solch einem Stern wird sich beispielsweise auch unsere Sonne entwickeln. Die beobachtete Produktion von Natrium ist ein Baustein für das Verständnis, wie die Elemente entstanden sind, aus denen das Universum besteht. An dem internationalen Experiment mit dem Namen LUNA waren Wissenschaftler aus dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) führend beteiligt. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ erschienen.

Das LUNA-Experiment (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) basiert auf einem kompakten Beschleuniger – dem weltweit einzigen, der untertage in einem Felslabor installiert ist. Eineinhalb Kilometer Gestein des Gran-Sasso-Massivs schützen die Experimente vor störenden Einflüssen durch die kosmische Strahlung.

„Am LUNA-Beschleuniger wollen wir zusammen mit unseren internationalen Kollegen Ereignisse untersuchen, die im Inneren von Sternen stattfinden“, so Dr. Daniel Bemmerer vom HZDR, der die Arbeitsgruppe für das aktuelle Experiment leitete. „Wie in einer kosmischen Küche entstehen dort all die Elemente, aus denen die uns umgebende Materie gebildet wird und die durch gigantische Explosionen in den Kosmos hinausgeschleudert werden.“

Anzeige

Rote Riesen sind große Sterne, deren rotes Leuchten oft mit bloßem Auge am Sternenhimmel zu sehen ist. Aldebaran im Sternbild des Stiers etwa gehört zu dieser Klasse. Erstmalig konnte nun ein Wissenschaftlerteam bei Experimenten am LUNA-Beschleuniger drei „Resonanzen“ im Neon-Natrium-Zyklus, der für die Natrium-Produktion und somit zur Energieerzeugung wichtig ist, beobachten.

Resonanzen sind zumeist aus der Akustik bekannt. Wie dort auch, geht es in der Teilchenphysik um Schwingungen, die bei besonderen Frequenzen hervorgerufen werden. Wenn also Atomkerne aufeinander stoßen, so kann sich unter gewissen Bedingungen ein neuer Zustand – eine Resonanz – bilden. Im LUNA-Beschleuniger werden Wasserstoff- und Heliumkerne beschleunigt und mit einem sogenannten Target zur Kollision gebracht. „Unser Target bestand aus dem Edelgas-Isotop Neon-22. Mit speziellen Detektoren haben wir die extrem seltenen Prozesse in kosmischer Stille aufgezeichnet“, so der HZDR-Physiker Dr. Bemmerer.

„Dieses Ergebnis ist ein bedeutendes Puzzleteil, das uns hilft, die Frage nach der Herkunft der Elemente im Universum weiter aufzuklären“, betont Prof. Paolo Prati, Sprecher des LUNA-Experiments am INFN. „Sterne erzeugen Energie und schaffen neue Atome durch ein sehr komplexes System nuklearer Reaktionen. Eine sehr kleine Anzahl dieser Reaktionen konnte bisher unter Bedingungen, wie sie im Inneren von Sternen herrschen, erforscht werden. Der LUNA-Beschleuniger war daran in der Mehrzahl der Fälle beteiligt.“

LUNA deckt den Energiebereich von Kernreaktionen ab auf einer Skala von heute zurück in die Zeit bis 100 Millionen Jahre nach dem Big Bang. Damals bildeten sich die ersten Sterne, und die zugrundeliegenden nuklearen Prozesse nahmen ihren Anfang. Die meisten dieser Prozesse sind noch nicht verstanden.

An der LUNA-Kollaboration sind rund 50 internationale Wissenschaftler folgender Einrichtungen beteiligt: Italienisches Nationales Institut für Kernphysik (INFN), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), MTA-ATOMKI in Ungarn und Universität Edinburgh in Großbritannien.

Publikation:
„Three new low-energy resonances in the 22Ne(p,gamma)23Na reaction“, F. Cavanna, R. Depalo, M. Aliotta, M. Anders, D. Bemmerer**, A. Best, A. Boeltzig, C. Broggini, C.G. Bruno, A. Caciolli, P. Corvisiero, T. Davinson, A. di Leva, Z. Elekes, F. Ferraro, A. Formicola, Zs. Fülöp, G. Gervino, A. Guglielmetti, C. Gustavino, Gy. Gyürky, G. Imbriani, M. Junker, R. Menegazzo, V. Mossa, F. R. Pantaleo, P. Prati, D. A. Scott, E. Somorjai, O. Straniero, F. Strieder, T. Szücs, M. P. Takács, D. Trezzi (LUNA Collaboration), Physical Review Letters 115, 252501 (2015); DOI: 10.1103/PhysRevLett.115.252501, Link: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.252501.

**Corresponding author; der Artikel ist als „Editor’s choice” markiert.

Weitere Informationen:
PD Dr. Daniel Bemmerer
Institut für Strahlenphysik am HZDR
E-Mail: d.bemmerer@hzdr.de

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

Gravitationswellen

Zweites Signal beobachtet

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der LIGO-Virgo-Collaboration (LVC) haben vor kurzem ein weiteres Gravitationswellensignal beobachtet, das nach der Kollision zweier Schwarzer Löcher entstanden ist.

mehr...
Anzeige

Integriertes Datenmanagement

Ihre im Labor erzeugten Daten können Sie sicher und strukturiert in einem System sammeln. NEC und labfolder bieten ein Mittel für die effiziente Verwaltung großer wissenschaftlicher Datensätze an.

mehr...

Astrophysik

Kometeneis im Labor

Poröses Eis, wie es im Weltall überall zu finden ist, haben der Chemiker Thomas Lörting und sein Team näher unter die Lupe genommen. In der Physical Review Letters berichten die Forscher, wie sie das Eis beim Aufwärmen beobachtet haben.

mehr...
Anzeige

Asteroidenanalytik

Lesen im Archiv des Sonnensystems

Der Grund für Dr. Agnese Fazio, nach Jena zu kommen, ist klein, geradezu winzig, aber dafür umso bedeutender. Denn die Mineralogin erforscht nicht weniger als die Geschichte unseres Sonnensystems – und das anhand von Staubpartikeln.

mehr...
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

Integriertes Datenmanagement
Die Herausforderung bei der Digitalisierung des Laboralltags besteht im Wechsel von Papierlaborbüchern und Computerdateien zu einer Datenmanagementsoftware, die große Datensätze strukturiert innerhalb eines einzigen Systems sammelt.

Zum Highlight der Woche...

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite