Dienstag, 28. Juli 2009

Transparentes Aluminium: Forscher erzeugen "Star Trek"-Material

Flash-Laserexperiment | Copyright/Quelle: ox.ac.uk

Oxford/ England - Wenn auch nur für wenige Augenblicke, so ist es britischen Forschern dennoch gelungen, sogenanntes transparentes Aluminium unter Laborbedingungen für Sekundenbruchteile zu erzeugen. Das exotische Material wurde bereits in dem Kinofilm "Star Trek IV" angedacht und könnte nun neue Hinweise auf Planetenkerne geben.

In dem Science-Fiction-Film reist die Crew der Enterprise aus der Zukunft zurück ins 20. Jahrhundert, um hier zwei in der Zukunft ausgestorbene Wale zu finden, die - an Bord des Raumschiffs - ins 23. Jahrhundert gebracht werden müssen, um durch ihre Walgesänge Kontakt zu einer außerirdischen, die Erde bedrohenden Sonde herzustellen. Um einen stabilen Tank, der sowohl die Tiere als auch die enormen Wassermassen fassen kann, auf der Erde der Gegenwart herzustellen, übermitteln sie einem zeitgenössischen Fabrikanten die Formel für transparentes Aluminium.

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Um den exotischen Zustand zumindest bezüglich Röntgenstrahlen zu erzeugen, nutzen die Forscher den "Freie-Elektronen-Laser" (FLASH) der Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) der Helmholtz-Gemeinschaft Hamburg und beschossen eine dünne Aluminiumfolie mit dem Röntgenlaser, der in der Lage ist, rund 10 Millionen Gigawatt auf einen Quadratzentimeter zu konzentrieren.

Bei normalen Temperaturen und normalem Druck, besteht festes Aluminium aus einem Ionengitter in dessen Zwischenräumen sich freie Elektronen befinden. Der FLASH-Laser hatte genügend Energie, um ein Elektron von je einem Ion abzuschlagen und zu befreien, während innerhalb des gleichen Prozesses Photonen absorbiert wurden.

Unter normalen Bedingungen, nehmen bei einem solchen Vorgang andere Elektronen den Platz des fehlenden ein. Nun jedoch ist der Laser stark genug, dass er ein Elektron aus jedem Atom herausschlagen kann, noch bevor andere dieses ersetzten können. Fehlt nun dieses Elektron, nehmen die verbleibenden Teilchen eine andere Konfiguration an und werden derart fest miteinander verbunden, dass sie auch der Laser nicht mehr entfernen kann.

Dies bedeutet, dass in diesem Zustand die Photonen des Röntgenlasers nicht mehr einfach absorbiert werden können, wodurch diese das Material direkt durchdringen und das zuvor opak erscheinende Aluminium für Röngtenstrahlen durchsichtig wird.

"Was wir erzeugt haben, ist ein völlig neuer Materiezustand, wie er noch nie zuvor beobachtet wurde", erläutert der die Studie leitende Physikprofessor Justin Wark von der University of Oxford die Ergebnisse.

Allerdings ist dieser Zustand extrem kurzlebig und war im Experiment nur für geschätzte 40 Femtosekunden stabil. Für diese Zeit jedoch ist das Material so dicht und stabil, wie gewöhnliche Materie, jedoch extrem heiß. Die Forscher vermuten, dass ähnliche Materiezustände auch im Zentrum von Gasriesen wie Jupiter herrschen.

In weiteren Experimenten mit noch leistungsfähigeren Röntgenlasern soll das exotische Material zukünftig noch genauer erforscht werden. Neben neuen Erkenntnissen über Planetenkerne, erhoffen sich die Wissenschaftler auch neue Erkenntnisse in astrophysikalische Zusammenhänge und nukleare Fusion. Ihre aktuellen Ergebnisse haben die Forscher um Wark im Fachmagazin "Nature Physics" veröffentlicht.

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