Nach aktuellen Untersuchungen könnte der Grundzustand des ungebundenen Kerns von 26O eine vergleichsweise lange Lebensdauer im Pikosekundenbereich haben. Damit eröffnet sich die Möglichkeit den ersten Fall von Zwei-Neutronen-Radioaktivität zu beobachten. Vorangegangene Messungen konnten die Lebensdauer eingrenzen zu 6.5+4.6−4.8 ps (Z. Kohley et al., PRL, 110:152501, 2013.) und 7.2+3.5−4.1 ps (T. Redpath, PhD thesis, MSU, 2019.), jedoch mit großen Unsicherheiten. Es wurde nun eine neue Methode angewandt, um die Lebensdauer des 26O-Grundzustands präzise und mit hoher Sensitivität zu bestimmen.

Das in dieser Arbeit vorgestellte Experiment wurde am Superconducting Analyzer for MUlti-particles from RAdio Isotope Beams (SAMURAI) Aufbau am Rare Isotope Beam Factory (RIBF) am RIKEN, Japan, durchgeführt. Dabei wurde ein 27F-Strahl im Fragmentseparator BigRIPS erzeugt und auf ein speziell entwickeltes Target aus Wolfram- und Platinplättchen geschossen, in denen 26O durch eine Protonen-Knockout-Reaktion erzeugt wurde. Das entstandene 26O zerfiel entsprechend der Lebensdauer in ein 24O-Fragment sowie zwei Neutronen und alle Reaktionspartner wurden in Koinzidenz gemessen. Die Differenz der Geschwindigkeiten zwischen Neutronen und Fragment ist sensitiv auf die Lebensdauer von 26O und diente in dieser Messung als Observable. Das Verhältnis der Zerfälle innerhalb und außerhalb der einzelnen Targetplättchen ist stark von der Lebensdauer abhängig und führt zu einem charakteristischen Geschwindigkeitsdifferenzspektrum, aus dem die Lebensdauer bestimmt werden kann.

In der vorgelegten Arbeit werden die verwendeten Kalibrierungen und Analysetechniken detailliert vorgestellt. Insbesondere wurde eine GEANT4-Simulation durchgeführt, die den gesamten Reaktionsprozess anhand des experimentellen Aufbaus nachbildet und in der eine Lebensdauer als Eingangsgröße angegeben werden kann. Die Protonen-Knockout-Reaktion als auch der Zerfall werden berücksichtigt und der Impulsübertrag auf das Fragment aufgrund des Rückstoßes wird anhand theoretischer Berechnungen mit einbezogen. Die Lebensdauer kann schlussendlich aus dem Vergleich des gemessenen und der simulierten Geschwindigkeitsdifferenzspektren extrahiert werden.

Mit dieser Methode konnte eine neue Obergrenze innerhalb des 5σ-Konfidenzintervalls für die Lebensdauer von 26O bestimmt werden zu τ < 2.8 ps. Eine Lebensdauer von τ = 0 ps liegt innerhalb der 1σ-Unsicherheit (τ < 0.9 ps) weshalb eine Beobachtung der Zwei-Neutronen-Radioaktivität nicht bestätigt werden kann.