Neue Gesetzmäßigkeit in den Eigenschaften chemischer Elemente entdeckt

Die ersten Spektrallinien wurden Anfang des 19. Jahrhunderts von William H. Wollaston und Joseph von Fraunhofer entdeckt. Es vergingen beinahe 100 Jahre, bevor Niels Bohr mit seinem Atommodell eine anschauliche Erklärung für ihren Ursprung liefern konnte.

Mit Hilfe der Quantenmechanik lassen sich die spektralen Fingerabdrücke der verschiedenen Elemente mit enormer Präzision berechnen. Über 250.000 solcher Linien sind bisher experimentell identifiziert und in einem umfangreichen Online-Katalog des National Institute of Standards and Technology (NIST) zugänglich [http://physics.nist.gov/cgi-bin/ASD/lines_pt.pl]. Mit Hilfe der Linien lassen sich alle chemischen Elemente eindeutig wiedererkennen.

Ein Team von Wissenschaftlern der Universität Rostock entdeckte eine erstaunliche Systematik: Über der Wellenlänge aufgetragen, folgen die bekannten Spektrallinien der Elemente dem thermischen Planck-Spektrum der Strahlungsintensität einer überhitzten Glühlampe.

Mit einem Maximum bei 320 Nanometern, gerade außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Bereichs der Strahlung im Ultravioletten (UV-A), müsste diese hypothetische Glühlampe eine Temperatur von 9.000 Kelvin (8727 Grad Celsius) haben.

Dieser scheinbar zufällige Wert könnte eine unerwartete Verbindung zur Kosmologie aufzeigen: Kurz nach dem Urknall, bevor Materie entstand, dominierte Strahlung das Universum. Erst nach seiner Ausdehnung und Abkühlung kondensierten nach und nach die Elementarteilchen und die Materie, aus der unsere heutige Welt besteht.

Der schicksalshafte Übergang zwischen diesen gegensätzlichen Zuständen erfolgte bei einer Temperatur von 9.000 Kelvin. Könnte das eine nur rein zufällige Übereinstimmung sein?

„Gut möglich“, räumt Professor Alexander Szameit ein: „Wir haben das im Team ausgiebig diskutiert und fanden die Entdeckung so ungewöhnlich, dass wir uns bei der Suche nach einer möglichen Erklärung an die Wissenschaftsgemeinschaft gewandt haben. Wie hatte Isaac Asimov es doch so treffend ausgedrückt: ,Die spannendsten Worte, die es in der Wissenschaft zu hören gibt, sind nicht ‚Heureka!‘ (‚Ich habe es gefunden‘), sondern ‚Hmmmm, komisch …‘“.

Prof. Dr. Alexander Szameit
AG Experimentelle Festkörperoptik
Institut für Physik
Universität Rostock
Tel.: +49 381 498-6790
E-Mail: alexander.szameit@uni-rostock.de

Die Originalveröffentlichung in “Annalen der Physik” ist unter https://doi.org/10.1002/andp.202000033 verfügbar.