Hofstadter-Experiment

Das Hofstadter-Experiment ist ein physikalisches Experiment, das neben dem Rutherfordschen Streuversuch, wichtige Erkenntnisse über die Beschaffenheit des Atomkerns liefert. Es ist benannt nach Robert Hofstadter, der das Experiment 1957 erstmals beschrieb.

Hofstadter-Experiment: Schnelle Elektronen ${\text{e}}^{-}$ erzeugen ein Beugungsbild des Atomkerns mit Durchmesser $d$. Das rechte Diagramm zeigt die Strahlungsintensität $I$ in Abhängigkeit vom Beugungswinkel $\theta$

Bei dem Experiment, das am Linearbeschleuniger in Stanford durchgeführt wurde, wurden Elektronen mit einer Energie von über 200 MeV auf den Atomkern geschossen und das Beugungsbild untersucht.

Als Ergebnis erhielt man

$R\approx 1{,}2{\sqrt[{3}]{A}}\ {\text{fm}}$.

Wobei $R$ für den Atomkernradius in Femtometer ($10^{-15}\,{\text{m}}$) und $A$ für die Nukelonenzahl steht.

Da Elektronen Leptonen sind, wirkt die Kernkraft nicht auf sie. Man erhält eine Kernladungsverteilung nach der Wood Saxon Formel

$\rho (r)={\frac {\rho _{0}}{1+\exp {\frac {r-R}{a}}}}$

Wobei

• $r$ der Abstand vom Mittelpunkt des Kerns ist;
• $a$ der Randdickenparameter ist, welcher den Dichteverlauf der Kernmaterie am Kernrand angibt;
• $R=r_{0}A^{1/3}$ der Kernradius, wobei $r_{0}\approx 1{,}2\ {\text{fm}}$ und A die Massenzahl ist.

Literatur

• Jörn Bleck-Neuhaus: Elementare Teilchen: Moderne Physik von den Atomen bis zum Standard-Modell. Springer, Berlin 2010, ISBN 978-3540852995.