Freitag, 04 Februar 2022 08:30

Warme dichte Materie

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Hochauflösende Spektroskopie wird einzigartige Einblicke in die Chemie des tiefen Inneren von Planeten ermöglichen

Im Zentrum von Planeten finden sich extreme Zustände: Es herrschen Temperaturen von vielen Tausend Grad, der Druck ist millionenfach größer als der Atmosphärendruck. Einem internationalen Forschungsteam unter Beteiligung des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) gelang es nun, mit den Lichtblitzen des stärksten Röntgenlasers der Welt die chemischen Eigenschaften des wichtigen Elements Kohlenstoff unter den Extrembedingungen der so genannten „warmen dichten Materie“ , eines Übergangszustandes zwischen Festkörper und Plasma, zu untersuchen.

Dazu kam einerseits der stärkste Röntgenlaser der Welt, der European XFEL in Hamburg, zum Einsatz. Die von ihm generierten extrem kurzen und intensiven Pulse wurden auf dünne Folien aus Kohlenstoff (Graphit oder Diamant) gelenkt, in denen ein kleiner Teil der Röntgenblitze gestreut wird. Diese gestreuten Blitze können verraten, welche Art von chemischer Bindung die Kohlenstoffatome mit ihrer Umgebung eingegangen sind. Um die Extrembedingungen warmer dichter Materie zu erzeugen, sind aber noch starke Laserblitze notwendig, die die Kohlenstofffolien auf hohe Drücke und Temperaturen von bis zu mehreren 100 000 Grad bringen. Dies wird mit der „Helmholtz International Beamline for Extreme Fields (HIBEF)“ in einigen Monaten möglich werden. Anwendungen reichen von Untersuchungen des Erdkerns über die komplexen Reaktionen in Gasriesen bis hin zur Simulation von Kometeneinschlägen. Im Prinzip sind auch neuartige Werkstoffe denkbar, die z.B. Supraleitung bei Raumtemperatur ermöglichen.