Riesenresonanz

Unter Riesenresonanz versteht man in der Kernphysik eine Schwingungs-Anregung von Atomkernen. Der Name stammt von den relativ großen Wirkungsquerschnitten in den sie anregenden Streuexperimenten. Die elektrische Dipol-Riesenresonanz (GDR) wurde 1947 von G. C. Baldwin und G. S. Klaiber[1] bei der Untersuchung der Photodesintegration und später bei ($ \gamma $, n)-Reaktionen von Uran-Kernen entdeckt[2]. In einem einfachen Bild (makroskopisch), das von Maurice Goldhaber und Edward Teller stammt[3] wird sie als kollektive Schwingung der Protonen gegen die Neutronen beschrieben.

1950 wurde es durch ein Zweiflüssigkeitsmodell (Protonen- und Neutronen-Flüssigkeit) durch Helmut Steinwedel und J. Hans D. Jensen beschrieben.[4] Die mikroskopische Deutung sieht in Riesenresonanzen eine kohärente Anregung von Einteilchen-Einloch-Übergängen im Schalenmodell.

Riesenresonanzen können zum Beispiel durch Anregung des Kerns mit Photonen[5], Elektronen oder Schwerionen entstehen und zerfallen durch Nukleonen-/Kernemission (Photon, Neutron, α-Teilchen, ...). Die GDR zeigt sich in den Anregungsenergien schwerer Kerne oberhalb der Ablösungsenergie eines Nukleons bei etwa 8 MeV und variiert mit der dritten Wurzel der Massenzahl A, was in dem Modell von Jensen und Steinwedel auch vorhergesagt wurde. Bei schweren Kernen mit Massenzahlen über 60 ist die Breite der Resonanz typisch einige MeV, bei leichten Kernen spaltet sich die Resonanz typischerweise in mehrere Peaks auf. Bei deformierten Kernen gibt es typischerweise zwei Peaks, einmal für eine Schwingung längs der Symmetrieachse, einmal senkrecht dazu.

Man kann die Resonanzen nach Drehimpuls-Eigenzuständen entwickeln und spricht dann von Monopol-, Dipol-, Quadrupol- oder allgemein Multipol-Riesenresonanzen. Neben elektrischen gibt es in Kernen auch magnetische Dipolresonanzen, siehe Scherenmode. Typischerweise schöpfen die Riesenresonanzen die Summenregeln für die jeweiligen (elektrischen/magnetischen) Multipolübergänge aus. Der Anteil, den Neutronen und Protonen an der Schwingung haben drückt sich im Isospin-Charakter aus. Die GDR hat Isovektor Charakter (Protonen schwingen gegen Neutronen), es gibt auch isoskalare Riesenresonanzen (in denen Protonen und Neutronen in dieselbe Richtung schwingen).

Neben der GDR-Riesenresonanz rückte ab den 1990er Jahren auch ein kleinerer Resonanzpeak in neutronenreichen Kernen, die Pygmy-Resonanz (PDR), in die Aufmerksamkeit der Forschung, der sich deutlich vom „Schwanz“ der Riesenresonanz abhob.

Siehe auch: Angeregter Zustand, Resonanz

Literatur

  • B. L. Berman, F. C. Fultz: Reviews of Modern Physics, Bd. 47, 1975, S. 713 (Übersichtsartikel zur GDR)

Weblinks

Verweise

  1. Baldwin, Klaiber, Physical Review, Bd. 71, 1947, S. 3
  2. Im Kernphotoeffekt fanden sich schon von Walther Bothe, Wolfgang Gentner, Zeitschrift für Physik, Bd. 71, 1936, S. 236, Hinweise. Die genauere Untersuchung durch Baldwin und Klaiber war durch die Verfügbarkeit hochenergetischer Photonen in der Bremsstrahlung von Beschleunigern (Betatron) möglich
  3. Goldhaber, Teller Physical Review, Bd. 74, 1948, S. 1048
  4. Steinwedel, Jensen, Physical Review, Bd. 79, 1950, S. 1019
  5. Unterhalb der Neutronenschwelle (Ablöseenergie für Neutronen) wurde die GDR mit Kern-Resonanzfluoreszenz und mit Bremsstrahlung aus Beschleunigern untersucht

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