Radioaktiver Zerfall soll Alter des Universums überprüfen helfen

4. Mai 2014, 12:04
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Experiment eines deutschen Astrophysikers erhält EU-Förderung

Frankfurt - Der Urknall fand gemäß dem Standardmodell der Kosmologie vor etwa 13,8 Milliarden Jahren statt. Wie nahe dieser Wert am tatsächlichen Alter des Universums liegt, hängt allerdings stark davon ab, ob die zugrunde gelegten Modelle richtig sind. Zur Überprüfung hat der Astrophysiker René Reifarth ein neues Experiment vorgeschlagen, in dem ein langsam zerfallendes radioaktives Element im Inneren von Sternen als "Uhr" herangezogen werden soll. Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert das Vorhaben in den kommenden fünf Jahren mit einem Consolidator-Grant über zwei Millionen Euro, wie die Goethe-Universität Frankfurt am Main berichtet.

Extrem langfristige Prozesse

Für sein Experiment verwendet der Forscher vom Institut für Angewandte Physik der Frankfurter Universität radioaktive Elemente, die in den Sternen entstehen und deren Halbwertszeit extrem lang ist: Sie zerfallen auf einer Zeitskala, die in etwa dem Alter des Universums entspricht. "Wenn ich zurückrechnen kann, wann die Produktion angefangen hat, weiß ich auch das Alter des Universums", so Reifarth. Ähnliche Versuche hat es zwar schon früher gegeben, aber es stellte sich heraus, dass sie nicht aussagekräftig waren. Die Halbwertszeit der kosmischen Uhren kann nämlich bei der hohen Temperatur in den Sternen extrem verkürzt sein.

Der Prozess, den Reifarth ausgewählt hat, spielt sich in Roten Riesen ab. In diesen Spätstadien von Sternen, die ursprünglich unserer Sonne ähnelten, stehen freie Neutronen zur Verfügung, die von dem schon vorhandenen Material eingefangen werden. Der Syntheseprozess beginnt beim Eisen und verläuft über das instabile Krypton-Isotop Kr-85 bis zum schweren Wismut. Am Kr-85 verzweigt sich der Prozess: nur ein Teil der Kerne fängt ein Neutron ein und bildet das langlebige Isotop Rubidium Rb-87, während ein anderer Teil radioaktiv zerfällt.

Die Methode

"Wir können die Häufigkeit von Rb-87 nur als kosmische Uhr interpretieren, wenn wir die Produktion verstanden haben. Das ist bisher daran gescheitert, dass wir nicht wissen, wie wahrscheinlich der Neutroneneinfang in Kr-85 ist", so Reifart. Da Krypton-85 auf der Erde äußerst selten ist, wird Reifarths Arbeitsgruppe es aus dem stabilen Isotop Selen-82 herstellen. Das geschieht durch den Beschuss mit Alpha-Teilchen an einem Zyklotron der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig, mit der Reifarth kooperiert.

Für die anschließende Bestrahlung mit Neutronen wollen die Physiker die Frankfurter Neutronenquelle FRANZ verwenden. Sie entsteht zurzeit in der Experimentierhalle des Instituts für Angewandte Physik und soll noch in diesem Jahr in Betrieb gehen. Sie wird dann eine der stärksten Neutronenquellen weltweit sein. Bis dahin sind Reifarth und seine Mitarbeiter mit dem Bau eines Gamma-Strahlen-Detektors beschäftigt, der aus den EU-Mitteln finanziert wird.

Messen wollen die Physiker insbesondere die Wahrscheinlichkeit für den Einfang von Neutronen. Dies ist nicht nur ein wichtiger Parameter für kosmologische Modelle, sondern hat auch einen praktischen Nutzen für die Reaktortechnik: Bei der Kernspaltung des Urans entsteht nämlich ebenfalls Krypton. Dieses fängt einen Teil der Neutronen im Reaktor ein, die dann für die Uranspaltung nicht mehr zur Verfügung stehen. (red, derStandard.at, 4. 5. 2014)

 

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