Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die flüssigste Flüssigkeit des Universums

17.01.2012
Flüssiger als bisherige Theorien erlauben könnte das Quark-Gluon-Plasma sein, das an der TU Wien theoretisch untersucht wurde. Die bisher für gültig gehaltene Untergrenze für die Viskosität von Flüssigkeiten kann durchbrochen werden.

Wie flüssig ist die perfekte Flüssigkeit? Diese Frage beschäftigt Teilchenphysiker an der TU Wien. Die „flüssigste aller Flüssigkeiten“ ist nämlich nicht etwa Wasser, sondern das extrem heiße Quark-Gluon-Plasma, das bei energiereichen Teilchenkollisionen im Large Hadron Collider des CERN hergestellt wird.


Bild einer Blei-Ionen-Kollision am CERN
(c) CERN


Viskose und weniger viskose Flüssigkeiten: Honig und Wasser. F. Aigner / TU Wien

Neue Rechenergebnisse an der TU Wien zeigen nun: Dieses Quark-Gluon-Plasma kann noch deutlich dünnflüssiger sein, als man das bisher für möglich hielt. Publiziert wurde dieses Ergebnis am 12. Jänner im Fachjournal „Physical Review Letters“ und dabei mit einer „Editors' Selection“ als besonders bemerkenswerte Veröffentlichung ausgezeichnet

So flüssig wie die Physik erlaubt

Wie dick- oder dünnflüssig eine Substanz fließt wird durch die Viskosität angegeben: Viskose Flüssigkeiten (etwa Honig) sind dickflüssig und haben starke innere Reibungskräfte, dünne Flüssigkeiten haben eine niedrige Viskosität, und Quantenflüssigkeiten wie suprafluides Helium können extrem kleine Viskositäten erreichen. Im Jahr 2004 sorgte ein theoretisches Ergebnis, nachdem die Quantentheorie eine absolute Untergrenze für Viskosität bedingen sollte, für Aufsehen. Mit Methoden der String-Theorie wurde für das Verhältnis von Viskosität zur Entropie-Dichte (ein Maß für die „Unordnung“ in einer Flüssigkeit) der Wert ?/4? (mit der Planck-Konstanten ?) als unterste mögliche Schranke berechnet. Während etwa supraflüssiges Helium weit oberhalb dieser Schranke bleibt, wurde 2005 am Quark-Gluon-Plasma ein Wert nur knapp oberhalb dieser Schranke gemessen. Dieser Rekord für die Viskosität lässt sich allerdings von einem Quark-Gluon-Plasma in bestimmten Fällen noch unterbieten, wie Dominik Steineder vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien, im Rahmen seiner Dotorarbeit gemeinsam mit Professor Anton Rebhan herausfand

Schwarze Löcher und Teilchenkollisionen

Direkt berechnen lässt sich die Viskosität eines Quark-Gluon-Plasmas nicht. Sein Verhalten ist so kompliziert, dass man auf ganz besondere Tricks zurückgreifen muss, wie Anton Rebhan erklärt: „Die Quantenfeldtheorie von Quark-Gluon-Plasmen lässt sich mit Hilfe der Stringtheorie mit der Physik von schwarzen Löchern in höheren Dimensionen in Zusammenhang bringen. Wir lösen also Gleichungen aus der Stringtheorie und legen die Ergebnisse dann auf das Quark-Gluon-Plasma um.“ Auf ganz ähnliche Weise wurde auch die bisher für gültig gehaltene untere Grenze für die Viskosität berechnet. Allerdings nahm man in den bisherigen Berechnungen an, dass das Plasma symmetrisch ist und von allen Seiten gleich aussieht – also „isotrop“ ist, wie man in der Physik sagt. „Ein Plasma, das bei einer Kollision in einem Teilchenbeschleuniger entsteht, ist aber ganz am Anfang nicht isotrop“, betont Anton Rebhan. Diese Teilchen werden schließlich entlang einer bestimmten Richtung beschleunigt und zur Kollision gebracht – das dabei entstehende Quark-Gluon-Plasma zeigt also unterschiedliche Eigenschaften, abhängig von der Richtung, aus der man es betrachtet.

Untergrenze durchbrochen

Die TU-Physiker fanden nun eine Möglichkeit, diese Richtungsabhängigkeit in die Formeln mit einzubauen – und völlig überraschend zeigte sich, dass dadurch die Viskosität nicht mehr nach unten beschränkt ist. „Die Viskosität hängt noch von einigen anderen physikalischen Parametern ab – kann aber niedriger sein als der Wert, den man bisher für die absolute Untergrenze hielt“, erklärt Dominik Steineder. Die jetzt am CERN begonnenen Quark-Gluon-Plasma-Experimente werden es erlauben, diese theoretischen Vorhersagen zu testen.

In der Physik-Community sprach sich das bemerkenswerte Forschungsergebnis jedenfalls schon vor dem offiziellen Erscheinen der Publikation rasch herum: Dominik Steineder, derzeit noch Dissertant an der TU Wien, erhielt schon knapp vor der Publikation des Papers zwei Jobangebote von ausländischen Forschungsstätten und wird nun ab nächstem Jahr am CEA Saclay bei Paris arbeiten, wo ebenfalls das Quark-Gluon-Plasma theoretisch erforscht wird. Mit der TU Wien wird er freilich auch von dort aus künftig zusammenarbeiten, versichert Steineder.

Bilderdownload: http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2012/fluessigstefluessigkeit/

Rückfragehinweis:
Prof. Anton Rebhan
Institut für Theoretische Physik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
+43-1-58801-13620
rebhana@tph.tuwien.ac.at
http://www.itp.tuwien.ac.at/Rebhan

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.itp.tuwien.ac.at/Rebhan
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Planeten außerhalb unseres Sonnensystems: Bayreuther Forscher dringen tief ins Weltall vor
23.02.2017 | Universität Bayreuth

nachricht Kühler Zwerg und die sieben Planeten
23.02.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2017

23.02.2017 | Veranstaltungen

Wie werden wir gesund alt? - Alternsforscher tagen auf interdisziplinärem Symposium in Magdeburg

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Sechs Bundesländer erproben Online-Schultests der Uni Jena

24.02.2017 | Bildung Wissenschaft

Stachellose Bienen lassen Nester von Soldatinnen verteidigen

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Ifremer entwickelt autonomes Unterwasserfahrzeug zur Untersuchung der Tiefsee

24.02.2017 | Maschinenbau