Göttingen 1997 – wissenschaftliches Programm

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HK: Hadronen und Kerne

HK 50: Nukleare Astrophysik III

HK 50.1: Gruppenbericht

Mittwoch, 26. März 1997, 17:00–17:30, HS D

Gebundener β–Zerfall von nacktem ¹⁸⁷Re — •E. Wefers¹, F. Bosch², T. Faestermann¹, J. Friese¹, F. Heine¹, P. Kienle¹, K. Zeitelhack¹, K. Beckert², B. Franzke², O. Klepper², C. Kozhuharov², G. Menzel², R. Moshammer², F. Nolden², H. Reich², B. Schlitt², M. Steck², T. Stöhlker², K. Takahashi³ und T. Winkler² — ¹Physik-Department E12, Technische Universität München — ²Gesellschaft für Schwerionenforschung, Darmstadt — ³Max-Planck-Institut für Astrophysik, München

Der β–Zerfall in gebundene Zustände des Elektrons konnte erstmals 1992 von M. Jung et al. [1] an vollständig ionisiertem ¹⁶³Dy nachgewiesen werden. Es ist nun gelungen, diese spezielle Form des β-Zerfalls auch bei nacktem ¹⁸⁷Re zu beobachten [2,3].

In der Beschleunigeranlage der GSI wurde ¹⁸⁷Re auf 347 MeV/u beschleunigt, vollständig gestrippt und in den ESR injiziert. Während Speicherzeiten von bis zu 5 Stunden entstanden durch gebundenen β–Zerfall der ¹⁸⁷Re–Kerne (∼ 10⁸) einige hundert Wasserstoff–ähnliche ¹⁸⁷Os–Ionen, welche aufgrund ihres gleichen Ladungszustandes und ihrer sehr ähnlichen Masse auf nahezu der gleichen Bahn umliefen. Um die ¹⁸⁷Os–Kerne nachzuweisen, wurde mit dem internen Gasjet–Target das letzte Elektron entfernt. Die Zahl der gestrippten ¹⁸⁷Os–Kerne wurde mit zwei unabhängigen Methoden bestimmt. Bei der ersten wurden die ¹⁸⁷Os–Kerne nach dem Stripping–Prozeß weiterhin gespeichert und mit Hilfe der Schottky–Spektroskopie zerstörungsfrei nachgewiesen. Bei der anderen Methode wurden die nackten ¹⁸⁷Os–Kerne mit dem Dipolmagneten hinter dem Gasjet–Target auf einen ortsempfindlichen Detektor gelenkt und dort gezählt. Die Ergebnisse beider Messungen sind konsistent und ergeben eine Halbwertszeit von T_1/2=32.9± 2.0 Jahre für nacktes ¹⁸⁷Re. Die Halbwertszeit von neutralem ¹⁸⁷Re beträgt im Vergleich dazu T_1/2=42× 10⁹ Jahre [4].

Mit der hier gemessenen Halbwertszeit von vollständig ionisiertem ¹⁸⁷Re kann das 1964 von D.D. Clayton [5] vorgestellte kosmochronometrische Paar ¹⁸⁷Re/¹⁸⁷Os neu kalibriert werden. Unter Berücksichtigung erhöhter β–Zerfallsraten der hochionisierten Atome in stellaren Plasmen erwartet man von dieser “Uhr” eine zuverlässige Abschätzung für das Alter des Univerums.

[1] M. Jung et al., Phys. Rev. Letters 69, 2164 (1992)

[2] F. Bosch et al., to be published

[3] E. Wefers et al., Nucl. Phys. A, to be published

[4] M. Lindner et al., Geochim. Cosmochim. Acta 53, 1597 (1989)

[5] D.D. Clayton, Astrophys. Journal 139, 637 (1964)