forschen 1/2009 - Forschungscluster «Nuclear and Radiation Science

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Abbildung 6
Formfaktor
(Beugungsbild) des
Grundzustandes
und Übergangsformfaktor
für den
Hoyle-Zustand in 12 C
aus FMD
Rechnungen und
Experimenten,
unter anderem am
S-DALINAC.
gien zu bestimmen. Sie nutzt die Symmetrien der
QCD und ein Ordnungsschema, das die möglichen
Beiträge nach ihrer Größe sortiert. Die Parameter
werden durch Anpassung an präzise experimentelle
Daten bestimmt.
Die Bestimmung der nuklearen Wechselwirkung ist
jedoch nur der erste Schritt. Der zweite und noch
anspruchsvollere Schritt ist die Lösung des quantenmechanischen
Vielteilchenproblems für Atomkerne
bestehend aus bis zu ca. 300 Nukleonen oder
auch für „unendlich“ viele Nukleonen im Neutronenstern.
Schon das klassische Mehrteilchen-
(d σ /dΩ ) / (d σ /dΩ ) Mot t
(d σ /dΩ ) / (d σ /dΩ ) Mot t
10 0
10 -1
10 -2
10 -3
10 -4
10 -5
10 -2
10 -3
10 -4
10 -5
10 -6
12 C(e,e) 12 C
E x = 0.0 MeV
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
q [fm -1 ]
12 12
C(e,e) C
E = 7.65 MeV
x
q [fm -1 10
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
]
-7
problem ist nur mit aufwändigen numerischen Methoden
handhabbar. Der Quantencharakter des
Atomkerns und die komplexe Struktur der nuklearen
Wechselwirkung machen die Aufgabe nicht einfacher.
Nichtsdestoweniger sind in jüngster Zeit –
motiviert durch die neuen experimentellen Möglichkeiten
zum Studium exotischer Kerne z.B. mit
den NuSTAR Experimenten bei FAIR, die Verfügbarkeit
QCD-basierter Wechselwirkungen und die kontinuierlich
wachsende Computerleistung – eine
Reihe neuer innovativer Methoden entwickelt worden.
Die Theoriegruppen der TU Darmstadt und
der GSI spielen hierbei eine internationale Vorreiterrolle.
Ein Beispiel sind sogenannte ab initio Methoden,
die eine exakte numerische Lösung des Vielteilchenproblems
anstreben. Während solche Verfahren
bisher nur für leichte Kerne mit bis zu ca. 12
Nukleonen anwendbar waren, zielen neue Entwicklungen
auf Kerne mit bis zu 100 Nukleonen.
Hierbei kommen Methoden zum Einsatz, die auch
in anderen Gebieten, z.B. der Quantenchemie, eingesetzt
werden. Aktuelle Beispiele sind Coupled-
Cluster-Zugänge und selektive Konfigurationsmischungsmethoden,
deren Übertragung auf die
Kernstrukturphysik an der TU Darmstadt vorangetrieben
wird. Umgekehrt sind neue methodische
Entwicklungen oft direkt auf andere Quantensysteme
übertragbar, z.B. ultrakalte Quantengase
in magnetischen Fallen oder optischen Gittern
(siehe den Beitrag von Birkl/Walther).
Neben den ab initio Methoden werden eine Vielzahl
von Näherungsmethoden angewendet, die
Zugriff auf die gesamte Vielfalt von Kernstrukturphänomenen
in allen Massenbereichen erlauben.
Der Atomkern ist mehr als eine Ansammlung
unabhängiger Nukleonen, deshalb ist bei der
Entwicklung solcher Näherungen die adäquate Behandlung
von Korrelationen unterschiedlichster
Art entscheidend. Sie reflektieren die Eigenschaften
der nuklearen Wechselwirkung und charakterisieren
die individuellen Eigenschaften der
Kerne. Wie so oft, gilt auch bei Atomkernen, dass
das Ganze mehr ist als die Summe seiner Teile.
Methoden zur Behandlung solcher Korrelationen
sind eine Spezialität der Darmstädter Kernstrukturtheoretiker.
Neben kurzreichweitigen Korrelationen,
die das Verhalten der Nukleonen im Kern dominieren
sobald sie sich nahe kommen, gibt es