Forscher rätseln

Neu vermessen: Deuterium-Kern kleiner als gedacht

Das Deuteron besteht aus einem Proton (blau) und einem Neutron (rot)

(Bild: thinkstockphotos.de, Wikimedia/Bruce Blaus (CC-BY-SA 3.0))

Forscher des Paul Scherrer Institute (PSI) in der Schweiz haben jetzt herausgefunden, dass der Deuterium-Kern kleiner ist als bisher angenommen. Die Abweichung spreche dafür, dass auch der Radius des Protons bisher falsch bestimmt worden sei, berichten die Physiker im Fachmagazin "Science". Falls sich das tatsächlich bestätigt, müssen die Werte für mehrere Naturkonstanten minimal nachjustiert werden.

Eigentlich ist das Proton ein sehr gewöhnliches Teilchen, das in jedem Atomkern unseres Körpers und um uns herum vorkommt. Und doch gibt es Physikern seit Jahren Rätsel auf: Genauer gesagt das "Rätsel um den Protonradius". Schon 2010 berichtete ein internationales Forscherteam, dass eine neue Vermessung des Protons per Laserspektroskopie am PSI einen kleineren Durchmesser ergab als frühere Messungen.

Waren frühere Methoden durch einen systematischen Fehler verfälscht oder war gar eine unbekannte physikalische Kraft am Werk? Diese Frage stellt sich nun auch für das Deuteron, dem Atomkern des schweren Wasserstoff-Isotops Deuterium, der aus einem Proton und einem Neutron besteht. Auch bei diesem hat die gleiche Forschungsgruppe am PSI einen kleineren Radius gemessen, wie sie berichtet.

Keine Zweifel an der Messmethode
"Dass aber unsere Methode, die Laserspektroskopie, fehlerhaft ist, glaubt inzwischen niemand mehr aus der Community", betonte PSI-Physiker Aldo Antognini in einer Mitteilung des Institutes. Der kleinere Wert für den Protonradius wurde 2013 bestätigt und nun noch einmal über den ebenfalls kleineren Deuteronradius.

"Natürlich kann es nicht sein, dass das Deuteron - genauso wenig wie das Proton - zwei verschiedene Größen hat", so Antognini weiter. Deshalb suchen Physiker nach einer Erklärung für die rätselhaften Größenunterschiede. Eine bisher unbekannte physikalische Kraft wäre zwar ein aufregendes Szenario, aber auch ein unwahrscheinliches, schrieb das PSI.

Forscher vermuten systematisches Problem
Wahrscheinlicher ist, dass bei früheren Messungen, die zum Teil auf Wasserstoffspektroskopie beruhten, ein systematisches Problem bestand. Deshalb rüsten Forschende weltweit ihre Messinstrumente auf, um größere Meßgenauigkeiten zu erreichen.

Sollte sich der Verdacht auf einen systematischen Fehler bei früheren Messungen bestätigen, müssten die sogenannte Rydbergkonstante - eine Grundkonstante in der Physik - und womöglich weitere Naturkonstanten minimal korrigiert werden.