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MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne 15.4.Einführung, Produktion exotischer Kerne – I 29.4.Produktion exotischer.

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1 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne 15.4.Einführung, Produktion exotischer Kerne – I 29.4.Produktion exotischer Kerne – II 6.5.Alpha-Zerfall, Zweiprotonen-Radioaktivität, Kernspaltung 13.5.Beta-Zerfall ins Kontinuum und in gebundene Zustände 20.5.Exkursion zum Radioteleskop in Effelsberg 27.5.Halo-Kerne 3.6.Tutorium Kernspektroskopie und Nachweisgeräte 17.6.Anwendungen exotischer Kerne 24.6.Tutorium Schalenstruktur fernab der Stabilität 8.7.Tutorium Klausur

2 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Grenzen der Stabilität: Halo Kerne n n p p stabile Kerne Dripline Kerne mehr Neutronen Kontinuum

3 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Streutheorie

4 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Streutheorie Stoßparameter und Streuwinkel: Bahndrehimpuls: Abstand dichtester Annäherung:

5 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Streutheorie Totaler Wirkungsquerschnitt für Kernwechselwirkung: Kernradius einer homogenen Ladungsverteilung: Kernradius einer Fermi-Ladungsverteilung: Nuklearer Wechselwirkungsradius: ρ/ρ0ρ/ρ0 r C R Fermi-Verteilung:

6 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Streutheorie Totaler Wirkungsquerschnitt für Kernreaktionen: R i [fm] C i [fm] R int [fm] V C (R int ) [MeV] R fusion [fm] V C (R fusion ) [MeV] 26 Mg Cm Fe Pb Radius für die Fusionsbarriere:

7 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Messung des totalen Wechselwirkungsquerschnitts  800 MeV/u 11 B Primärstrahl  Fragmentation  Fragmentseparator FRS

8 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Messung des totalen Wechselwirkungsquerschnitts 11 Li ist das schwerste gebundene Li Isotop 10 Li nicht gebunden S 2n ( 11 Li) = 295(35) keV nur Grundzustand gebunden Grund für größeren Radius? Deformation ausgedehnte Wellenfunktion

9 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 An den Grenzen der starken Kernkraft - Halokerne Grund für größeren Radius? Deformation ausgedehnte Wellenfunktion ⇒ Messung von magnetischem Moment und Quadrupolmoment 11 Li besteht im Grundzustand aus gepaarten Neutronen und einem p 3/2 Proton → sphärisch und großer Radius nicht wegen Deformation Exotische Kerne mit starkem Überschuß von Neutronen bilden Atomkerne mit Halo-Struktur: 11 Li Kerne bestehen aus einem gewöhnlichen 9 Li Kern mit einem Halo aus zwei Neutronen. Halo Kerne bilden borromäische Zustände, sie greifen so ineinander, dass alle auseinander fallen, wenn einer fehlt. HALO: 3 Borromäische Ringe

10 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Einteilchen-Potential außerhalb des Kastenpotential: innerhalb des Kastenpotential: Lösung: Stetigkeit der Wellenfunktion: Graphische Lösung des Eigenwertproblems

11 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Einteilchen-Potential ℓ=0 energies: Orbital nℓ E nℓ (MeV) 36 Ca R=3.96fm E nℓ (MeV) 36 Ca V 0 =54.7MeV E nℓ (MeV) 36 S V 0 =47.3MeV 1s p d s f65.08 ℓ=1 energies: ℓ=2 energies: Schrödinger Gleichung:

12 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Einteilchen-Potential Energieeigenwerte für ℓ=0 in 4 He, 16 O, 40 Ca und 208 Pb

13 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Wellenfunktion des Deuterons Normierung: ΙΙΙ

14 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Wiederholung: Radius des Deuterons ΙΙΙ outer region inner region

15 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Grenzen der Stabilitä t - Halokerne Je kleiner die Bindungsenergie, je ausgedehnter die Wellenfunktion Was kann man an der Neutronen-Dripline erwarten? E κ2κ2 κ 1/ κ ~ r 7 MeV0.35 fm fm fm 1 MeV0.05 fm fm fm 0.1 MeV0.005 fm fm fm Fourier-Transformierte:

16 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Grenzen der Stabilitä t - Halokerne Test der ausgedehnten Wellenfunktion Impulsverteilung: - Impulsverteilung der stark gebundenen Teilchen breit - Impulsverteilung der schwach gebundenen Teilchen schmal Man kann die Argumente der ausgedehnten Wellenfunktion mit exponentiellem Abfall verwenden: S 2n =250(80) keV Interpretation: Man kann 11 Li sehr vereinfacht beschreiben als einen 9 Li Core plus einem Di-Neutron N=8 N=2

17 MP-41 Teil 2: Physik exotischer Kerne, SS-2011 Grenzen der Stabilitä t - Halokerne Radien der leichten Kerne Prog. Part. Nucl. Phys. 59 (2007), 432


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