Künstliches Edelgas Forscher stellen Rekord-Teilchen her

Mit 118 Protonen ist Ununoctium das schwerste Element, das Menschen je künstlich hergestellt haben. Forscher aus Russland und den USA rühren mit dem Kunst-Edelgas an einem der größten Betrugsfälle der Physik.


Das Ding hat keinen Namen, existierte nur rund neun Zehntausendstel einer Sekunde lang - und ist das Ergebnis von 3000 Stunden Arbeit. Nur dreimal während dieser Zeit blitzte nahe des russischen Flusses Wolga das Element 118 auf - das es in der Natur überhaupt nicht gibt.

Beschuss (Illustration): Schwere Kalziumatome werden beschleunigt und auf Californium (schwarzer Streifen) geschossen
Sabrina Fletcher/Thomas Tegge/LLNL

Beschuss (Illustration): Schwere Kalziumatome werden beschleunigt und auf Californium (schwarzer Streifen) geschossen

Vorläufig heißt der Geisterstoff - das erste künstliche Edelgas - Ununoctium, die lateinische Übersetzung der Zahlenfolge 1-1-8. Mit seinen 118 Protonen im Atomkern wäre es das bislang schwerste je hergestellte Element. Doch ein Betrugsfall wirft seinen Schatten auf die Entdeckung russischer und US-amerikanischer Physiker.

Schon einmal meldeten Forscher, sie hätten Ununoctium hergestellt. Das war im Jahr 1999. Doch die Physiker der University of California in Berkeley mussten nach zwei Jahren des Zweifels und der Verdächtigungen ihren vermeintlichen Durchbruch zurückziehen: Mindestens einer von ihnen hatte Messergebnisse verfälscht und wurde gefeuert.

Auch weil drei Physiker aus der Berkeley-Gruppe nun am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) am 118-Experiment mitgearbeitet hatte, legte die Fachzeitschrift "Physical Review C" besonders hohe Maßstäbe an. "Weil dieses Thema so sensibel ist", habe man intensiv geprüft, sagte Richard Casten von der Yale University der Zeitung "Washington Post". Casten ist Mitherausgeber der Fachzeitschrift. "Alles, was wir tun, wird geprüft und gegengeprüft", sagte Forschungsleiter Ken Moody.

"Heiliger Gral der Teilchenphysik"

Neue Elemente zu erschaffen sei "so etwas wie der Heilige Gral der Teilchenphysik", sagte Konrad Gelbke vom Teilchenbeschleuniger-Labor der Michigan State University. "Das ist extrem schwierig."

Flüchtiges Element (Illustration): Das Element 118, vorläufig Ununoctium genannt, fliegt zum Detektor
Sabrina Fletcher/Thomas Tegge/LLNL

Flüchtiges Element (Illustration): Das Element 118, vorläufig Ununoctium genannt, fliegt zum Detektor

Um Ununoctium wenigstens kurz in die Existenz zu zerren, hatten die LLNL-Forscher sich mit Kollegen des russischen Kernforschungszentrums in Dubna bei Moskau zusammengeschlossen. Mit dessen Teilchenbeschleuniger bauten die Forscher ein kompliziertes Experiment auf.

Kalziumatome mit besonders vielen Neutronen wurden beschleunigt und auf eine Scheibe mit Californium geschossen. Californium ist selbst ein sogenanntes Transuran, also ein künstlich hergestelltes radioaktives Element. Nur ein Bruchteil der Kalziumatome verschmilzt mit dem Californium - und bildet einen Atomkern mit 118 Protonen, das ist Rekord für ein künstlich hergestelltes chemisches Element.

In einer aufwendigen Apparatur werden die neuartigen Atome von den übrigen getrennt - und in einen Detektor geleitet. Dort erst können die Forscher überhaupt feststellen, dass ihre Schöpfung geglückt ist - anhand ihrer Zerfallsprodukte. Binnen Millisekunden zerfällt das Element 118 zuerst zu Element 116, dann zu 114 und 112 - bevor es sich schließlich zweiteilt.

3000 Stunden Arbeit für drei kurze Blitze

Zusammengerechnet 3000 Stunden Laborarbeit mussten die Wissenschaftler in diesen Versuchsaufbau stecken, um nur dreimal Messwerte zu erhalten, die als Erfolg bei der Ununoctium-Herstellung gewertet werden: In einem Experiment im Jahr 2002 und zweimal im Frühjahr 2005 sei ihnen das geglückt, berichten Juri Oganessian und Ken Moody zusammen mit rund zwei Dutzend Kollegen in einem Beitrag in der aktuellen Ausgabe von "Physical Review C".

Offiziell anerkannt und in das Periodensystem der Elemente aufgenommen werden kann Element 118 erst, wenn andere Forscher das Experiment wiederholen können. Dieser Prozess kann Jahre dauern. Das letzte Element, das so bestätigt wurde, war das Röntgenium im Jahr 1994. Bei einer Aufnahme in das Periodensystem der Elemente würde Ununoctium auch einen richtigen Namen erhalten. Bis dahin werden es einige Chemiker und Physiker als Eka-Radon bezeichnen, weil sein Platz in der Tabelle des Periodensystems unterhalb des Edelgases Radon liegen würde. Auch die künstlichen Elemente mit der Atomzahl 113, 114, 115 und 116 sind bislang unbenannt.

Ein künstliches Element, das nur einen Mikromoment lang existiert, hat in erster Linie einen Nutzen für Teilchenphysiker selbst, die aus seinem Verhalten Rückschlüsse auf die Zusammensetzung der Materie ziehen können. Für chemische Untersuchungen existierte das Ununoctium an der Wolga nicht lange genug.

Oft werden allerdings Anwendungen erst Jahre nach der Entdeckung gefunden. So kam das im Jahr 1941 künstlich hergestellte Plutonium 239 später als spaltbares Material für Atombomben zum Einsatz. Californium, aus dem das neue Element 118 hergestellt worden ist, findet hingegen in der Krebsmedizin und bei der Materialprüfung Verwendung.

stx/AP/rtr



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