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Die Quantenmechanik kommt ins Spiel

Published by Hartmut in the blog Hartmut's blog. Views: 1713

Lange Zeit hatte man versucht, den Alphazerfall, d. h. die Aussendung von Heliumkernen aus einem radioaktiven Atomkern (z. B. dem Urankern), zu erklären. Was war daran so schwierig?

Das Alphateilchen (Heliumkern), das man als möglichen Bestandteil des Kerns erkannt hatte, ist zweifach positiv geladen. Es bewegt sich im Bereich des Kerns (d. h. der anziehenden Kernkräfte), kann aber das abstossende elektrische Kraftfeld des positiv geladenen Restkerns (den sog. Potentialwall) nicht überwinden.

Im Fall des Urankerns müsste das Alphateilchen eine Energie von 28 MeV besitzen, um den Urankern zu verlassen. Tatsächlich aber beträgt die Energie der Alphateilchen des Urankerns nur ca. 4 MeV.

Hier kommt nun die Quantenmechanik ins Spiel. Sie erlaubt es, dass das Alphateilchen - im Widerspruch zur herkömmlichen Mechanik - den Potentialwall mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit durchdringt. Man bezeichnet dies als "Tunneleffekt".

Das Rätsel des exponentiellen Zerfallsgesetzes und das darin verborgene Paradoxon der zeitlichen Unbestimmtheit des Einzelzerfallsaktes fanden mit der Quantenmechanik ihre Erklärung in der statistischen Natur der mikrophysikalischen Gesetze.

Ab 1929 mehrten sich die theoretischen und experimentellen Anzeichen, welche die bisherige Vorstellung vom Aufbau des Atomkerns aus Protonen und Elektronen in Frage stellten. Die Annahme der Existenz von Elektronen im Kern erwies sich als unvereinbar mit der quantenmechanischen Unschärferelation.
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