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'''Halokerne''' sind [[Atomkern]]e, bei denen einzelne [[Nukleon]]en ([[Proton]]en und [[Neutron]]en) einen relativ großen Abstand zum Rest des Kerns haben. Je nachdem ob Protonen oder Neutronen weit vom Rest des Kerns entfernt sind, werden Halokerne in ''Protonenhalos'' und ''Neutronenhalos'' unterteilt. Dabei überwiegt unter den bisher entdeckten Halokernen die Anzahl der Neutronenhalos gegenüber den Protonenhalos. Halokerne sind instabile Kerne nahe der ''Drip Line'' (Abbruchkante) für den [[Radioaktivität|Zerfall]] durch [[Protonenemission|Protonen-]] bzw. [[Neutronenemission]].

Halokerne wurden 1986 von [[Isaho Tanihata]] und Kollegen am [[Lawrence Berkeley National Laboratory]] (LBNL) an einer der ersten [[Teilchenbeschleuniger|Beschleunigeranlage]]n für radioaktive Kerne bei der [[Streuung (Physik)|Streuung]] von Kernen aneinander als Kerne mit anomal großer Ausdehnung entdeckt.<ref>I. Tanihata u. a., ''Measurements of Interaction Cross Sections and Nuclear Radii in the Light p-Shell Region'', Phys. Rev. Lett. 55, 1985, S. 2676, [http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.55.2676 Abstract], I. Tanihata u. a. ''Measurements of interaction cross sections and radii of He isotopes'', Phys. Lett. B., 160, 1985, S. 380–384</ref> Die Interpretation als Halo-Phänomen kam 1987 von [[Björn Jonson (Physiker)|Björn Jonson]] und P. Gregers Hansen.<ref>Jonson, Hansen, The neutron halo of extremely neutron-rich nuclei, Europhys. Lett., 4, 1987, S. 409</ref> Sie wurden z. B. in der [[ISOLDE]]-Anlage des [[CERN]] und am [[GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung|GSI Darmstadt]] genauer untersucht. Vorhergesagt wurden sie 1972 von [[Arkadi Beinussowitsch Migdal]].<ref>Migdal ''Two interacting particles in the potential hole'', Sov. J. Nucl. Phys., 16, 1972, 238. Jonson und Hansen verwiesen in ihrem Aufsatz von 1987 auf Migdal</ref>

Der Name erinnert an gleichnamige ringförmige Lichteffekte ([[Halo (Lichteffekt)|Halo]]).

== Eigenschaften ==
Die [[Starke Wechselwirkung|starke Kernkraft]], welche die Nukleonen im Kern konzentriert, hat eine Reichweite von etwa 2 bis 3 [[Femtometer]]n (fm). Dagegen beträgt z. B. der mittlere Abstand des Halo-Neutrons des 1-Neutron Halo-Kerns 11Be, der 2009 von [[Wilfried Nörtershäuser]] (Mainz) und Kollegen mit [[Laserspektroskopie]] genauer untersucht wurde, 7 fm bei einem Radius des [[Atomrumpf|Rumpfkerns]] von 2,5 fm.<ref>W. Nörtershäuser u. a., Nuclear Charge Radii of 7,9,10 Be and the One-Neutron Halo Nucleus 11 Be, Physical Review Letters, 102:6, 13. Februar 2009</ref><ref>scienceticker.info: {{Webarchiv|url=http://www.scienceticker.info/2009/02/16/atomkern-mit-satellit/ |wayback=20170202045738 |text=Atomkern mit Satellit }}</ref>

Die Halonukleonen besitzen aufgrund der großen Entfernung zum Rest des Kerns eine deutlich niedrigere [[Bindungsenergie]] als normal gebundene Nukleonen, die im [[Lithium]]-Bereich eine Bindungsenergie von etwa 5 [[Elektronenvolt|MeV]] aufweisen.

Nach den Gesetzen der [[klassische Physik|klassischen Physik]] gäbe es deshalb keine Bindung zwischen dem Kernrumpf und den Halonukleonen. Die trotzdem vorhandene Bindungsenergie lässt sich mit der [[Heisenbergsche Unschärferelation|Unschärfe]] der Halonukleonen erklären. Die [[Aufenthaltswahrscheinlichkeit]] ist für Halonukleonen nämlich räumlich weit ausgedehnt, sodass sich die Nukleonen mit einer ausreichenden Wahrscheinlichkeit nahe genug am Kernrumpf befinden, um die starke Wechselwirkung zu erfahren. Beim genauer untersuchten 2 Neutron-Halokern Lithium 11 dehnt sich die [[Wellenfunktion]] fast bis zum Radius des schweren [[Blei]]<nowiki/>kerns (Blei 208 mit 7 fm Radius) aus, und die Separationsenergie eines der äußeren Neutronen beträgt nur noch rund 0,3 MeV.

Zwei-Neutron-Halokerne werden auch ''Borromäisch'' genannt (nach [[Borromäische Ringe|Borromäischen Ringen]], von denen keine zwei ohne den Dritten miteinander verbunden sind).<ref>[http://nrv.jinr.ru/pdf_file/physscr0_T88_039.pdf J. S. Vaagen u. a. Borromean Halo Nuclei, Physica Scripta, T 88, 2000, 209-213, pdf]</ref><ref>Der Begriff boromäische Halokerne stammt von Mikhail Zhukov u. a. ''Bound state properties of Borromean Halo nuclei: 6 He and 11 Li'', Physics Reports, 231, 1993, 151. Zuschreibung nach Vaagen, Ershov, Zhukov: Lessons from two paradigmatic developments: Rutherfords nuclear atom and Halo nuclei, J. of Physics Conf. Series 381, 2012, 012049 [http://iopscience.iop.org/1742-6596/381/1/012049/pdf/1742-6596_381_1_012049.pdf pdf]</ref> Allgemein bezeichnet man als Borromäische Kerne [[Gebundener Zustand|gebundene]] Dreikörpersysteme, bei denen die Zweikörper-Subsysteme ungebunden sind. Obwohl nicht alle Halokerne borromäisch sind (die 1-Neutron-Halos und 1-Proton-Halos z. B. sind es nicht), werden die Borromäischen Ringe gern als Symbol für Halokerne genommen. Zwei-Neutronen-Halokerne können als vom Kern stabilisierte [[Dineutron]]en aufgefasst werden (oder als stark verdünnte [[Kernmaterie]]-Wolke um den Kern). An ihnen kann die Neutron-Neutron-Kernkraft und das [[quantenmechanisch]]e [[Dreikörperproblem]] studiert werden.

Helium-8 kann wahrscheinlich am besten als 4-Neutronen-Halo um den [[Alphastrahlung|Alphateilchen]]-Kern beschrieben werden, wobei sein Radius nicht so groß ist;<ref>Tanihata, D. Hirata, T. Kobayashi, S. Shimoura, K. Sugimoto, H. Toki, Revelation of thick neutron skins in nuclei, Phys. Lett. B, 289, 1992, 261–266</ref> hier bilden die Halo-Neutronen nahe am Kern eher eine Art ''Neutronenhaut'' (Tanihata). Auch Bor-19 und Beryllium-14 werden als 4-Neutron-Halokerne diskutiert. Auffällig ist, dass Bor-19 und Helium-8 die einzigen bekannten Kerne sind, bei der die Entfernung von 1 und 3 Neutronen ungebundene Zustände ergibt. Beryllium-14 hat zumindest ein 2-Neutron-Halo.<ref>In der Diskussion im Übersichtsartikel von Riisager (2012) wird erwähnt, das zunehmend Hinweise auf eine 4-Neutron-Halo-Interpretation vorlagen</ref> Marques und Kollegen vom [[GANIL]]-Beschleuniger führten 2002 [[Streuexperiment]]e an Beryllium-14 durch, bei der ihrer Meinung nach die äußeren Neutronen als ''[[Tetraneutron]]'' separierten, was aber kritisiert wurde.<ref>[http://www.rogerarm.freeuk.com/Pages/ElementZero.htm Darlington: Tetraneutrons]</ref>

Auch bei schwereren Elementen wie Kohlenstoff-19 fanden sich gute Kandidaten für Halokerne, in diesem Fall ein 1-Neutron-Halo.<ref> [https://www.gsi.de/documents/DOC-2003-Jun-32-1.pdf Ist Kohlenstoff-19 ein Halokern? GSI Nachrichten 2/99] (PDF; 82 kB)</ref> Seine Neutronen-Separationsenergie ist ähnlich niedrig wie bei Beryllium-11, und genauere Untersuchungen am GSI Darmstadt stützten seine Einordnung als Halokern.

In einigen Darstellungen wird auch das [[Deuterium]] als einfachster Halo-Kern beschrieben.

== Bekannte Halokerne ==
Folgende Halokerne bzw. gute Kandidaten dafür sind bekannt (nach Riisager 2012):<ref>[https://arxiv.org/abs/1208.6415 K. Riisager, Halos and related structures, Arxiv 2012], Nobel Symposium 152 "Physics With Radioactive Beams", Physica Scripta, Band 152, 2013, 014001</ref><ref>[http://education.jlab.org/itselemental/ Jefferson Lab], Periodic Table mit Halbwertszeiten von Isotopen</ref>

{| class=wikitable
!Kern !!Halotyp !! [[Halbwertszeit]]
|-
|6[[Helium|He]] || 2 Neutronen || 0,801 s
|-
|8He || 4 Neutronen || 0,119 s
|-
|11[[Lithium|Li]] || 2 Neutronen || 8,75 ms
|-
|11[[Beryllium|Be]] || 1 Neutron || 13,8 s
|-
|14Be || 2 oder 4 Neutronen || 4,35 ms
|-
|8[[Bor|B]] || 1 Proton || 0,77 s
|-
|17B || 2 Neutronen || 5,08 ms
|-
|19B || 4 Neutronen || 2,92 ms
|-
|15[[Kohlenstoff|C]] || 1 Neutron || 2,45 s
|-
|19C || 1 Neutron || 49 ms
|-
|22C || 2 Neutronen || 6,1 ms
|-
|17[[Fluor|F]] || 1 Proton || 64,5 s
|-
|17[[Neon|Ne]] || 2 Protonen || 0,109 s

|}

Bei Fluor 17 handelt es sich um einen [[Angeregter Zustand|angeregten Zustand]] (I = 1/2 +).

Riisager (2012) diskutiert auch Neon 31 als 1-Neutron-Halo-Kandidaten und Magnesium 35.

== Literatur ==
*B. Jonson, A. Richter: [http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/phbl.19980541212/pdf ''Halokerne: Professor Peter Brix zu seinem 80. Geburtstag gewidmet.''] In: ''Physikalische Blätter.'' Band 54, Nr. 12, 1998, S. 1121–1125.
*P. G. Hansen, A. S. Jensen, B. Jonson: ''Nuclear Halos'', Annual Review of Nuclear and Particle Science, Band 45, 1995, S. 591–634
*B. Jonson: ''Light dripline nuclei'', Physics Reports, Band 389, 2004, S. 1–59
* {{Literatur|Autor=Bethge, Walter, Wiedemann|Titel=Kernphysik: Eine Einführung|Auflage=3.|Verlag=Springer|Jahr=2007|ISBN=3-540-74566-1}} (das einführende Lehrbuch behandelt S. 114 kurz Halokerne)
*Sam Austin, [[George F. Bertsch]]: Halo Nuclei, Scientific American, Juni 1995
*[https://arxiv.org/abs/1208.6415 K. Riisager, Halos and related structures, Arxiv 2012], Nobel Symposium 152 "Physics With Radioactive Beams", Physica Scripta, Band 152, 2013, 014001
*K. Riisager, Nuclear Halo States, Reviews of Modern Physics, Band 66, 1995, 1105–1116

== Weblinks ==
* [http://www.kernchemie.uni-mainz.de/Dateien/a2_05.pdf C. Geppert, W. Nörtershäuser u. a.: Ein Aufbau zur Messung der Ladungsradien von Beryllium-Halo-Kernen] (PDF; 34 kB)
* [http://www.uni-mainz.de/presse/27972.php Atomkern mit Heiligenschein: Wissenschaftler vermessen erstmals Ein-Neutron-Halo mit Lasern, Universität Mainz, vom 16. Februar 2009, zu Nörtershäuser u. a.]
* [http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2009/pressemitteilung20090219/index.html An den Grenzen der Kernkraft: Heidelberger und Mainzer Physiker haben Atomkerne mit einem "Heiligenschein" vermessen, Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft, 19. Februar 2009]
* [http://www.scienceticker.info/2009/02/16/atomkern-mit-satellit/ Atomkern mit Satellit, Science Ticker, 16. Februar 2009, zu Nörtershäuser u. a.]


* [https://www.wissenschaft.de/technik-digitales/vorsicht-instabil/ Vorsicht instabil!, Bild der Wissenschaft 30. Juni 2006, zu T. Nakamura u. a.]

== Einzelnachweise ==
<references/>
[[Kategorie:Kernphysik]]

Halokern - Versionsgeschichte

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