Freier Elektronen Laser erzeugt bisher unbekannten Zustand Transparentes Aluminium als neue Materieform - scinexx | Das Wissensmagazin
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Freier Elektronen Laser erzeugt bisher unbekannten Zustand

Transparentes Aluminium als neue Materieform

FLASH-Laser Experiment mit Aluminium © University of Oxford

Durch Bombardement mit dem stärksten Röntgenlaser der Welt haben Wissenschaftler eine „transparente“ Form des Aluminium erzeugt. Diese exotische Form der Materie existierte bisher nur in Science-Fiction-Filmen wie Star Trek IV, liefert nun aber neue Ansätze für Planetenforscher und die Kernfusion, wie ein internationales Forscherteam in „Nature Physics“ berichtet.

Schlüssel für die Erzeugung der neuen Materieform war eine neue Strahlenquelle, der Freie Elektronen Laser FLASH am Deutschen Elektronen Synchrotron (DESY) in Hamburg. Diese weltweit bisher einmalige Lichtquelle erzeugt extrem kurze Pulse von weicher Röntgenstrahlung, jeder von ihnen Energiereicher als die Produktion eines normalen Kraftwerks. Diese geballte Ladung Energie bündelte das internationale Forscherteam um Physiker der Universität Oxford auf ein Aluminiumstück von geringerem Durchmesser als ein menschliches Haar.

40 Femtoskeunden Transparenz…

Dieser intensive Beschuss schlug ein Elektron aus dem Kern jedes einzelnen der Aluminiumatome heraus, ohne dabei jedoch die Kristallstruktur des Metalls zu verändern. Durch diese Veränderung wurde das Aluminium für einen winzigen Moment durchsichtig. Zwar hielt der Effekt nur rund 40 Femtosekunden an, er demonstriert jedoch, dass mit extrem starken Röntgenquellen ein solcher exotischer Materiezustand erzeugt werden kann.

…aber komplett neuer Materiezustand

„Was wir erzeugt haben ist ein komplett neuer Zustand der Materie, den niemand zuvor je gesehen hat“, erklärt Professor Justin Wark von der Universität Oxford. „Besonders bemerkenswert an unserem Experiment ist, dass wir normales Aluminium in einem einzigen Schritt in dieses exotische neue Material umgewandelt haben, in dem wir den starken Laser nutzten. In einiger Aspekten reagiert es als wenn wir jedes Aluminiumatom in Silizium umgewandelt hätten: Es ist fast so überraschend als hätten wir entdeckt, das man Blei durch Licht in Gold verwandeln kann.“

Relevant für Astrophysik, Planeten- und Fusionsforschung

Die Wissenschaftler sind der Ansicht, dass der neue Ansatz einen idealen Weg darstellt, um solche exotischen Materiezustände zu erzeugen und zu erforschen. Sie könnten neue Erkenntnisse für so unterschiedliche Bereiche wie die Planetenforschung, Astrophysik oder die Energieerzeugung mittels Kernfusion bringen.

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„Transparentes Aluminium ist erst der Anfang. Die physikalischen Eigenschaften der Materie, die wir erzeugen, sind auch relevant für die Bedingungen im Inneren großer Planeten“, so Wark. „Wir hoffen durch die Erkundung dieses Zustands auch ein größeres Wissen darüber zu erlangen, was bei der Entstehung von ‚Miniatursternen‘ durch Hochenergie-Laserimplosionen vor sich geht. Das könnte eines Tages ermöglichen, die Kraft der Kernfusion hier auf der Erde zu bändigen.“

(University of Oxford, 29.07.2009 – NPO)

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