Revolution in der Kernphysik: Superschweres Sauerstoff-28 zerfällt sofort – und stellt Theorien auf den Kopf

In einem bahnbrechenden Experiment ist es Physiker:innen erstmals gelungen, das superschwere Isotop Sauerstoff-28 im Labor zu erzeugen. Doch die Freude über diesen Meilenstein der Kernforschung währte nur kurz: Das Isotop zerfiel innerhalb von Sekundenbruchteilen und verwandelte sich in Sauerstoff-24. Dieser überraschende Zerfall stellt bisherige Annahmen über die Stabilität von Atomkernen infrage und könnte unser Verständnis der Kernkräfte revolutionieren.

Ein kurzer Blick auf Sauerstoff-28
Sauerstoff-28 ist ein extrem seltenes und exotisches Isotop des Sauerstoffs. Während „normaler“ Sauerstoff (Sauerstoff-16) über acht Protonen und acht Neutronen verfügt, besitzt Sauerstoff-28 acht Protonen und ganze zwanzig Neutronen. Damit gehört es zu den sogenannten „magischen“ Kernen – einer besonderen Gruppe von Atomkernen, die aufgrund ihrer vollständig gefüllten Protonen- und Neutronenschalen als besonders stabil gelten.

Doch die Experimente im Teilchenbeschleuniger zeigten ein anderes Bild: Statt stabil zu bleiben, gab Sauerstoff-28 sofort vier Neutronen ab und zerfiel in das leichtere Isotop Sauerstoff-24. „Das war eine echte Überraschung“, sagt Dr. Elena Rodriguez, Kernphysikerin und Mitglied des Forschungsteams. „Eigentlich hätten wir erwartet, dass Sauerstoff-28 stabil ist. Stattdessen zerfiel es sofort – und das stellt unsere bisherigen Modelle infrage.“

Warum ist der Zerfall so bedeutsam?
Der Zerfall von Sauerstoff-28 wirft fundamentale Fragen über die Natur der Kernkräfte auf. Diese Kräfte halten Protonen und Neutronen im Atomkern zusammen und sind entscheidend für die Stabilität von Materie. Bisher gingen Wissenschaftler:innen davon aus, dass „magische“ Kerne wie Sauerstoff-28 besonders stabil sind, da ihre vollständig gefüllten Schalen eine starke Bindung zwischen den Nukleonen (Protonen und Neutronen) erzeugen.

Doch das Experiment zeigt, dass diese Annahme nicht immer zutrifft. „Offenbar gibt es Faktoren, die wir noch nicht vollständig verstehen“, erklärt Rodriguez. „Möglicherweise spielen die Wechselwirkungen zwischen den Neutronen eine größere Rolle als bisher angenommen – oder die Struktur des Kerns ist komplexer, als unsere Modelle es vorhersagen.“

Wie wurde Sauerstoff-28 erzeugt?
Die Erzeugung von Sauerstoff-28 war eine technische Meisterleistung. Das Team verwendete einen Teilchenbeschleuniger, um Fluor-29-Atomkerne auf eine hohe Geschwindigkeit zu bringen und sie dann auf eine dünne Schicht aus Wasserstoff zu schießen. Bei der Kollision wurde ein Proton aus dem Fluor-29-Kern herausgeschlagen, wodurch Sauerstoff-28 entstand.

Doch das Isotop war so instabil, dass es bereits nach wenigen Millisekunden zerfiel. „Es war eine enorme Herausforderung, diesen Zerfall überhaupt zu beobachten“, sagt Rodriguez. „Aber dank modernster Detektoren und ausgeklügelter Analysemethoden ist es uns gelungen, den Prozess zu dokumentieren.“

Was bedeutet das für die Kernphysik?
Der Zerfall von Sauerstoff-28 hat weitreichende Implikationen für die Kernphysik. Er zeigt, dass die Stabilität von Atomkernen komplexer ist als bisher angenommen – und dass unsere Modelle möglicherweise überarbeitet werden müssen. „Dieses Experiment zwingt uns, unsere Theorien zu überdenken“, sagt Rodriguez. „Es könnte uns helfen, die Kernkräfte besser zu verstehen und neue Einblicke in die Entstehung von Elementen im Universum zu gewinnen.“

Darüber hinaus könnte die Entdeckung auch praktische Auswirkungen haben. Ein besseres Verständnis der Kernkräfte könnte beispielsweise dazu beitragen, neue Isotope für medizinische Anwendungen zu entwickeln oder die Sicherheit von Kernreaktoren zu verbessern.

Fazit: Ein neues Kapitel in der Kernforschung
Die Entdeckung und der Zerfall von Sauerstoff-28 markieren einen wichtigen Meilenstein in der Kernphysik. Sie zeigen, dass selbst scheinbar gut verstandene Phänomene noch Überraschungen bereithalten können – und dass die Suche nach Antworten in der Wissenschaft nie endet.

„Dieses Experiment erinnert uns daran, wie viel wir noch über die Welt der Atome lernen können“, sagt Rodriguez. „Es ist ein Beweis dafür, dass die Wissenschaft immer wieder neue Fragen aufwirft – und dass wir bereit sein müssen, unsere Annahmen zu überdenken.“

Für die Forscher:innen ist dies erst der Anfang. Weitere Experimente sind geplant, um die Geheimnisse der Kernkräfte noch besser zu entschlüsseln. Und wer weiß – vielleicht wird eines Tages ein stabiler Kern von Sauerstoff-28 gefunden, der unsere Theorien erneut auf den Kopf stellt. Bis dahin bleibt die Kernphysik ein spannendes und dynamisches Feld, das uns immer wieder in Staunen versetzt.