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SAM: Ein neues Modell für den Atomkern

samObwohl wir den Atomkern spalten und die enthaltenen Energien freisetzen und nutzen können, haben wir bisher nur eine vage Vorstellung davon, wie er aufgebaut ist. SAM schafft Abhilfe: Das neu entwickelte Modell postuliert eine Struktur des Atomkerns, aus der sich nicht nur der Aufbau der Elemente, Bindungsenergien, Isotope und asymmetrische Zerfallsprozesse ableiten lassen, sondern auch bisher nicht erklärbare Fusionsprozesse.

Warum brauchen wir ein neues Atommodell?

Das Strukturierte Atommodell (SAM) ist ein exploratives Modell des Atomkerns, dem die intuitive Auffassung zugrunde liegt, dass der Atomkern über eine interne feste Struktur verfügt. Wir versuchen in diesem Modell, Überlegungen aus der „Alltagsphysik“ auf den Atomkern anzuwenden, um dadurch Einblicke in einen Detailbereich der Physik zu gewinnen, ohne mit komplizierten Berechnungen oder Quantenphysik hantieren zu müssen.

Die Standardphysik weigert sich seit jeher, dem Atomkern eine feste Struktur zuzusprechen, weil es ihr die Quantenmechanik – speziell die Heisenberg’sche Unschärferelation – verbietet: Die Annahme, dass sich die Kernteilchen mit beträchtlicher Geschwindigkeit auf engstem Raum bewegen, lässt sich mit dem Strukturgedanken nicht vereinbaren.

In seinem Buch „Models of the Atomic Nucleus“ setzt sich der Physiker Norman Cook mit dem Dilemma, das durch die Quantenphysik entsteht, auseinander:

„Gehen wir davon aus, dass eine relativ hohe Anzahl von Nukleonen im Atomkern auf relativ engem Raum untergebracht ist, so stellt sich als Nächstes die Frage, in welchen räumlichen Beziehungen die Kernteilchen zueinander stehen. Und genau dort beginnen unsere Probleme. Allein die Frage, ob es sich beim Atomkern um

  1. ein diffuses Gas handelt, in dem sich die Nukleonen schnell und chaotisch bewegen;
  2. eine zähe Flüssigkeit aus langsameren Teilchen, die aber mit ihren unmittelbaren Nachbarn in Wechselwirkung treten; oder
  3. einen Feststoff aus präzise lokalisierbaren Nukleonen in unveränderlicher Position

konfrontiert uns nicht nur mit drei, sondern gleich vier bedeutenden Theorien. Es sind

  1. Das Schalenmodell bzw. die Modelle unabhängiger Teilchen, die einen gasförmigen Aggregatzustand des Atomkerns voraussetzen;
  2. das Tröpfchenmodell und das Kollektivmodell, die von einem flüssigen Aggregatzustand ausgehen;
  3. Clustermodelle bzw. das Alphateilchenmodell für die Annahme eines molekülartigen, halbfesten Zustands; sowie
  4. mehrere Gittermodelle für den festen Aggregatzustand.

Willkommen im Reich der Probleme, Paradoxien und vielfältigen Modelle, das die Kernphysik so schwer verständlich macht.“1

SAM umgeht diese Probleme, indem es postuliert, dass die Quantenphysik (und mit ihr diverse Auslegungen der Unschärferelation) nicht auf den Atomkern anwendbar ist. Stattdessen gehen wir von einer starren Struktur aus, bei der die Kernteilchen dort bleiben, wo sie sind, und lediglich elektrostatisch und elektromagnetisch aneinander gebunden sind.

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