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Plasmaforschung : Billard mit Elektronen

Ein Plasma in einer mit Gas gefüllten Kugel. Aufnahme von Luc Viatour (www.Lucnix.be). Bild: Luc Viatour / www.Lucnix.be

Intensive Röntgenpulse verwandeln einen Festkörper direkt in ein Plasma. Forscher erzeugen damit erstmals „heiße dichte Materie“, einen Zustand, der im Zentrum von Gasplaneten existieren soll.

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          Ein exotischer Aggregatzustand, wie er im Inneren von Sternen und Gasplaneten wie Jupiter und Saturn vermutet wird, ist jetzt von einer internationalen Forschergruppe für kurze Zeit in einem irdischen Labor erzeugt worden. Den Physikern ist es gelungen, einen metallischen Festkörper schockartig auf eine Temperatur von zwei Milliarden Grad zu erhitzen und ihn dadurch direkt in eine Art Plasma - ein heißes Gemisch aus Ionen und schnellen Elektronen - zu verwandeln. Der übliche Weg über die flüssige und gasförmige Phase wurde dabei ausgespart.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Röntgenblitze zünden Elektronen-Kaskade

          Die Wissenschaftler, darunter Forscher aus Jena und Hamburg, haben für ihre Untersuchungen extrem kurze Röntgenpulse des "Freie-Elektronen-Lasers" vom amerikanischen Forschungsinstitut Slac in Stanford auf eine dünne Aluminiumfolie gerichtet. Das Instrument ist die derzeit leistungsfähigste Röntgenquelle der Welt. Da jeder Röntgenblitz nur achtzig billiardstel Sekunden dauerte, hatten die Aluminiumatome nicht die Möglichkeit, ihre Gitterplätze zu verlassen, so dass die Probe weder schmolz noch verdampfte. Bei jedem Puls wurden jedoch Elektronen aus den inneren Hüllen der Atome herausgerissen. Die Ladungsträger kollidierten auf ihrem Weg an die Probenoberfläche mit Elektronen von benachbarten Atomen und setzten diese frei. Es entwickelte sich eine Lawine von schnellen Elektronen, wie man sie üblicherweise in einem Plasma beobachtet.

          Zwei Millionen Grad

          Die von der Probe ausgesandte Strahlung lieferte den Forschern Informationen über die in der Probe ablaufenden Prozesse und die darin herrschende Temperatur. Es zeigte sich, dass sich in der rund ein Mikrometer dicken Aluminiumfolie während der Dauer eines Röntgenpulses tatsächlich eine Art Plasmazustand entwickelte, der keine Eigenschaften der bekannten Aggregatzustände - fest, flüssig, gasförmig - aufwies. Die Forscher bezeichnen diesen exotischen Aggregatzustand als "heiße dichte Materie". Dass aus diesem extremen Stoff Gasplaneten und Sterne bestehen, wird von Planetenforschern seit langem vermutet. Dank aufwendiger Computermodelle ist man in der Lage, die Vorgänge und die Bedingungen im Inneren von Gasriesen wie Jupiter und Saturn halbwegs realistisch zu simulieren.

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