Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Röntgenstrahlung vom Festkörper zum Plasma

26.01.2012
Physiker der Universität Jena produziert heiße dichte Materie in internationalem Team

Mit einem Äquatordurchmesser von mehr als 140.000 Kilometer ist der Jupiter der größte Planet unseres Sonnensystems. Nach Sonne, Mond und Venus ist er das vierthellste Objekt am Nachthimmel, so dass ihn bereits die Menschen der Antike beobachtet haben. Doch was sich im Inneren der Gasplaneten abspielt, ist bisher weitgehend unbekannt. Einen großen Schritt zu neuen Erkenntnissen über den Gasriesen lieferte jetzt ein wenige Mikrometer großes Aluminiumstück.


Dr. Ulf Zastrau von der Universität Jena erforscht in einem internationalen Team heiße dichte Materie. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Wie das Wissenschaftsmagazin „Nature“ in der aktuellen Ausgabe berichtet (www.nature.com), ist es einer internationalen Forschergruppe zum ersten Mal gelungen, mit einem intensiven Röntgenpuls einen Festkörper anzuregen, d. h. ihn vom festen direkt in den plasmaförmigen Aggregatzustand zu befördern. Auch der Physiker Dr. Ulf Zastrau von der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat an diesem Projekt mitgearbeitet. Für ihre Untersuchungen nutzten die Wissenschaftler den derzeit weltgrößten Röntgen-Freie-Elektronen-Laser „Linac Coherent Light Source“ (LCLS) im amerikanischen Stanford.

„Bei der Umwandlung der Aluminiumprobe entstand sogenannte heiße dichte Materie – der Stoff aus dem Gasplaneten zu einem großen Teil bestehen“, erklärt der Jenaer Physiker aus der Arbeitsgruppe Röntgenoptik unter der Leitung von Prof. Dr. Eckhart Förster. „Er kommt auf der Erde selbst nicht vor und lässt sich auch nur sehr schwer künstlich herstellen.“ Auch bei dem Experiment mit der LCLS bestand die heiße dichte Materie nur für wenige Augenblicke, bevor sie verdampfte. Genug Zeit blieb allerdings für die Forscher aus den USA, Großbritannien, Deutschland, Österreich und Tschechien, um Untersuchungen anzustellen, deren Auswertungen sie noch über Jahre beschäftigen werden.

Ein Ergebnis konnte jedoch bereits in der Nature-Veröffentlichung mitgeteilt werden. Es betrifft in erster Linie den Entstehungsprozess der heißen dichten Materie aus dem Aluminiumfestkörper. Trifft Röntgenstrahlung auf Atome, wird sie absorbiert und ein Elektron freigesetzt. „Bei gasförmigen Proben sind die Atome sehr weit voneinander entfernt“, erläutert Zastrau. „Aus früheren Experimenten haben wir gelernt, dass die Elektronen bei ihren Atomen bleiben und sich nach einer gewissen Zeit wieder an diese anlagern.“ Bei einem Festkörper gestalte sich das anders. Die Elektronen stoßen, ähnlich wie in einem Billardspiel, aufgrund der höheren Dichte mit benachbarten Atomen zusammen und setzen dadurch viele zusätzliche Elektronen frei. „Diese Kollisionen sind der entscheidende Prozess dafür, wie sich das resultierende Plasma – und damit die heiße dichte Materie – entwickelt“, fasst der Physiker der Universität Jena das Ergebnis zusammen.

In erster Linie sind diese Untersuchungen Grundlagenforschung für die Plasma- und Astrophysik. Denn was bei den Experimenten nur für einen Bruchteil von Sekunden stabil ist, existiert im Inneren von großen Planeten und Sternen seit Jahrmillionen. Mit den neuen Erkenntnissen können sich die Forscher nun ein präziseres Bild davon machen, aus welchen Schichten sie aufgebaut sind, welche Temperaturen und Drücke in ihrem Inneren vorherrschen und wie ihr Magnetfeld entsteht. Die Ergebnisse könnten aber auch wichtige Informationen liefern, wie es in Zukunft gelingt, mittels Teilchenfusion effektiv Energie zu gewinnen – denn das machen uns die Sterne am besten vor.

Originalpublikation:
Sam M Vinko, O Ciricosta, B I Cho, K Engelhorn, H-K Chung, C RD Brown, T Burian, J Chalupsky, R W Falcone, C Graves, V Hajkova, A Higginbotham, H J Lee, M Messerschmidt, C D Murphy, Y Ping, A Scherz, W Schlotter, S Toleikis, J J Turner, L Vysin, T Wang, B Wu, U Zastrau, D Zhu, R W Lee, P A Heimann, B Nagler, J S Wark (2012): Creation and diagnosis of a solid-density plasma with an X-ray free-electron laser. DOI: 10.1038/nature10746

Kontakt:
Dr. Ulf Zastrau
Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947610
E-Mail: ulf.zastrau[at]uni-jena.de

Sebastian Hollstein | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de/

Weitere Berichte zu: Atom Elektron Festkörper Gasplanet LCLS Materie Physik Planet Plasma technology Röntgenstrahl Zastrau

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für Netzleittechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact beteiligt sich an Berliner Start-up Unternehmen für Energiemanagement

24.04.2017 | Unternehmensmeldung

Phoenix Contact übernimmt Spezialisten für industrielle Kommunikationstechnik

24.04.2017 | Unternehmensmeldung