Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser zur Kühlung von Milch und Fleisch?

03.09.2009
Drei Jahrzehnte ist es her, dass amerikanische und finnische Forscher eine sehr leistungsfähige Methode zur Abkühlung von Gasen durch "Laserbeschuss" ersannen.

Erst jetzt konnten Physiker der Universität Bonn den Beweis erbringen, dass sie tatsächlich funktioniert. Ihre Studie "Laser Cooling by Collisional Redistribution of Radiation" erscheint am 3. September in der Zeitschrift Nature. Die schnelle Kühlmethode eröffnet unter anderem der Materieforschung neue Perspektiven. Möglicherweise lässt sie sich aber auch für die Konstruktion neuartiger Mini-Kühlschränke nutzen.

Die Forscher erprobten in ihrem Experiment ein völlig neues Kühlprinzip. Dazu nutzten sie die Eigenschaft, dass sich Atome durch Licht anregen lassen. Bei diesem Vorgang wechselt ein Elektron von seiner Umlaufbahn um den Atomkern auf eine weiter entfernte Bahn. Das gelingt aber nur, wenn das eingestrahlte Licht die passende Farbe hat: Rotes Licht ist energieärmer als blaues. Daher reicht der "Schubs", den ein roter Laser dem Elektron versetzt, eventuell nicht aus, um es auf die höhere Bahn zu heben.

Atome in einem Gas kollidieren regelmäßig miteinander - je höher der Gasdruck, desto häufiger. "Dabei 'verbiegen' sich die Elektronenbahnen der Teilchen", erklärt Professor Dr. Martin Weitz vom Institut für Angewandte Physik. "Zum Zeitpunkt des Crashs braucht man daher weniger Energie als normal, um das Elektron auf eine höhere Bahn zu katapultieren." Nach dem Zusammenstoß normalisieren sich die Elektronenbahnen wieder. Um dann auf der hohen Bahn zu bleiben, muss sich das Elektron die fehlende Energie "borgen". "Dazu nutzt es die Bewegungsenergie des Atoms, das dabei langsamer wird", erläutert Weitz' Mitarbeiter Ulrich Vogl. Geschwindigkeit und Temperatur sind zwei Seiten derselben Medaille: Je langsamer sich die Moleküle in einem Gas bewegen, desto kälter ist es. Durch den Laserbeschuss kühlt sich das Gas also ab.

Diese elegante Methode ist bereits 1978 von Forschern aus New York und Helsinki vorgeschlagen worden. Ihre Idee bezog sich allerdings auf Gase mit nicht besonders hohem Druck. Die so durchgeführten Experimente waren jedoch nicht erfolgreich. Die Bonner Forscher haben nun jedoch eine Mischung aus Argon-Gas mit Spuren von Rubidium auf 350 Grad Celsius erhitzt und auf einen Druck von 230 Bar gebracht. "Unter diesen Bedingungen konnten wir das Rubidium mit einem Laser anregen, dessen Energie dazu normalerweise nicht ausgereicht hätte", sagt Weitz. "Dabei kühlte sich die Gasmischung innerhalb von wenigen Sekunden um fast 70 Grad ab."

Mit ihrem Experiment wollten die Bonner Physiker zunächst einmal beweisen, dass die Laserkühlung unter Druck überhaupt klappt. "Das Ganze müsste aber auch bei Gasen unter Raumtemperatur funktionieren", ist sich Weitz sicher. "Eventuell lassen sich mit dieser neuen Methode sogar Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erreichen." Es gibt bereits Laserverfahren, mit denen sich Gase derart tief herunterkühlen lassen. Sie funktionieren aber nur bei extrem niedrigen Drücken - das in Bonn verwandte Gasgemisch war zehnmilliardenmal dichter. Die neue Methode erlaubt zudem viel höhere Kühlleistungen. Möglicherweise lassen sich daher auf ihrer Basis beispielsweise neuartige Mini-Kühlschränke konzipieren.

Hohe Kühlleistung

Die hohe Kühlleistung ist es auch, die das Verfahren für Materialforscher interessant macht: Sie erlaubt es, Gase in neue, bislang unerforschte Zustandsformen zu bringen. Durch die schnelle Abkühlung bleiben sie nämlich möglicherweise auch noch bei Temperaturen gasförmig, bei denen sie eigentlich bereits flüssig oder sogar fest wären. Ähnliche Effekte kennt man von Wasser, das man bis auf -42 Grad Celsius herunterkühlen kann, ohne dass es gefriert. Wenn die Abkühlung sehr schnell geschieht, sind sogar noch tiefere Temperaturen denkbar. "Unterkühlte" Flüssigkeiten und Gase zeigen interessante Eigenschaften; sie zu erzeugen, ist daher für viele Wissenschaftler von Interesse.

Kontakt:
Prof. Dr. Martin Weitz
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-4837 oder -4836
E-Mail: Martin.Weitz@uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Orientierungslauf im Mikrokosmos
24.05.2017 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen
23.05.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Polarstern ab heute unterwegs nach Spitzbergen, um Rolle der Wolken bei Erwärmung der Arktis zu untersuchen

24.05.2017 | Geowissenschaften