17 feb. 1999
2 minuten
Onderzoekers van het Instituut voor Kern- en Stralingsfysica van de KU Leuven hebben een revolutionaire methode ontwikkeld om atoomkernen te bestuderen. Hun techniek is zo verfijnd dat hij barrières sloopt die nauwkeurige metingen tot nog toe in de weg stonden. Wereldwijd wordt de Leuvense methode als een doorbraak beschouwd. Het wetenschappelijke toptijdschrift Physical Review Letters en de “American Physical Society” wijdden er speciale aandacht aan.
Een atoomkern bestaat uit kleine deeltjes, protonen en neutronen. Kernfysica bestudeert de precieze structuur van atoomkernen en de manier waarop protonen en neutronen met elkaar omgaan. Er zijn wellicht duizenden atoomkernen maar het grootste deel daarvan is nog niet onderzocht. Sommige kernen leven maar fracties van een seconde alvorens ze weer uit elkaar vallen maar ze zijn wel bepalend voor het ontstaan van de materie zoals we die op aarde en in de ruimte vinden. Daarom is het belangrijk om ook die zogenaamde exotische kernen te onderzoeken. Ze leren ons meer over de fundamenten van de natuur en over de evolutie van het heelal, en kunnen leiden tot allerlei toepassingen in onder meer de medische sector.
Nauwkeurigheid
De correcte beschrijving van de kernstructuur staat of valt met de nauwkeurigheid waarmee wetenschappers bepaalde metingen kunnen uitvoeren, bijvoorbeeld van magnetische eigenschappen van een kern. Onderzoekers zijn voortdurend bezig met het toetsen van theoretische voorspellingen. Recent stelde zich een probleem bij het onderzoek van de exotische kern van nikkel-56, een radioactieve variant van nikkel, waar experiment en theorie in flagrante tegenspraak waren.
Waarom is de interesse in nikkel-56 zo groot? Omdat nikkel-56 een dubbelmagische kern is, met zowel 28 protonen als 28 neutronen. Een atoomkern bestaat als het ware uit schillen waarin protonen en neutronen zitten. Een schil is mooi gesloten als hij 2, 8, 20, 28, 50, 82 of 126 protonen of neutronen bevat: dat noemen we de magische getallen. Kernen die zowel een magisch aantal protonen als neutronen bevatten, zijn heel zeldzaam maar vormen uitstekend studiemateriaal voor kernfysici. Die (dubbel)magische kernen zijn relatief makkelijk te beschrijven en dienen als ankerpunt voor onderzoek naar weer andere kernen.
Om de metingen van (dubbel)magische kernen nauwkeuriger te maken, worden vaak controlemetingen in naburige kernen gebruikt. In dit geval is dat onderzoek naar koper-57, een kern met één proton meer dan nikkel-56, die een levensduur van amper 0,2 seconde heeft. Het probleem was dat de metingen voor koper-57 de theorie over de structuur van nikkel-56 tegenspraken. Waren de metingen fout of was de theorie niet bruikbaar?
Fout
Dankzij een unieke techniek is het Instituut voor Kern- en Stralingsfysica van de K.U.Leuven erin geslaagd nauwkeuriger metingen op koper-57 uit te voeren en te bewijzen dat de eerder gepubliceerde experimentele resultaten fout waren. De theorie over de structuur van nikkel-56 blijft dus geldig. Het IKS kon de nauwkeuriger metingen uitvoeren door als eerste ter wereld een zeer verfijnde, in Leuven ontwikkelde techniek voor laserspectroscopie te gebruiken, waarbij op een zeer snelle manier de geproduceerde deeltjes met laserlicht ‘geflitst’ worden.
De American Physical Society beschouwt dit als een geweldige doorbraak in het domein van de kernfysica, een mijlpaal in het onderzoek naar weinig voorkomende en kortlevende, radioactieve kernen. De kleine, experimentele opstelling van de K.U.Leuven zal voortaan dienen als voorbeeld voor veel grotere internationale onderzoeksprojecten in Duitsland, Frankrijk, Japan en de Verenigde Staten.