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Wenn ein Ionenkristall bebt

Ähnlichkeit mit Vorgängen in Neutronensternen

Von Rainer Scharf

Ein Kristall aus extrem kalten Ionen könnte zum besseren Verständnis der Vorgänge auf Neutronensternen dienen. Dieser Ansicht sind Forscher von der University of Delaware in Newark. In ihrem Experiment haben sie auf einen Ionenkristall Kräfte ausgeübt. Dadurch änderte sich seine Gestalt ruckartig. Ganz ähnliche Vorgänge könnten in der Hülle von Neutronensternen ablaufen und die Ursache für sogenannte Sternbeben sein.

Die Forscher um Travis Mitchell haben rund 15 000 Beryllium-Ionen mit elektrischen und magnetischen Feldern festgehalten und mit Laserstrahlung auf einige Tausendstel Kelvin gekühlt ("Physical Review Letters", Bd. 87, Nr. 183001). Dadurch kam ihre Wärmebewegung fast zum Erliegen. Aufgrund der elektrischen Abstoßung ordneten sich die Ionen zu einem scheibenförmigen Kristall an, in dem fünf Schichten von Ionen übereinanderlagen.

Für ihre Versuche bestrahlten die Forscher den Kristall mit einem anderen Laserlicht. Der Strahl traf einige Ionen und übte dadurch ein Drehmoment auf den gesamten Kristall aus. Wie die Aufnahmen einer Kamera zeigen, versetzte dieses Drehmoment den Kristall allerdings nicht in eine gleichförmige Rotation. Vielmehr änderte der Kristall zunächst seine Form. Die geordnete Kristallstruktur brach plötzlich auf, die Ionen ordneten sich um, und die Ionen kristallisierten abermals. Gegenüber seiner ursprünglichen Ausrichtung hatte sich der Kristall bei diesem Vorgang mehr oder weniger stark gedreht. Diese ruckartigen Drehungen wiederholten sich unregelmäßig und waren von unterschiedlichem Ausmaß. Zwischen den Drehungen lagen Pausen von bis zu einigen Sekunden, während derer der Kristall gewissermaßen festsaß.

Nach Ansicht der Forscher könnten sich ähnliche Vorgänge auch in der Hülle von Neutronensternen abspielen, in der die Neutronen in einer regelmäßigen Kristallstruktur angeordnet sind. Dort üben Magnetfelder starke Kräfte auf die Neutronen aus. Dadurch gibt die Kristallstruktur schließlich nach, und die Neutronen ordnen sich um. Bei diesen Sternbeben entsteht charakteristische Gammastrahlung von vergleichsweise großer Wellenlänge. Die Strahlung wird in unregelmäßigen Abständen und mit wechselnder Intensität ausgesendet. Das deutet darauf hin, daß sich die Neutronen in der Hülle eines Neutronensterns genauso ruckartig umordnen wie die Beryllium-Ionen im künstlichen Ionenkristall. Weitere Laborexperimente sollen diesen Zusammenhang aufklären. 

Foto Travis Mitchell, Newark

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