Strukturen in der Unordnung: (Staubige) Plasmen im All und im Labor

Abstract

Mehr als 98 % der sichtbaren Materie im Universum befindet sich im Plasmazustand, d.h. die Atome und/oder Moleküle sind teilweise geladen und das Plasma besteht deswegen aus Elektronen und Ionen. Plasmen entstehen typischerweise bei hohen Temperaturen, also z.B. im Inneren von Sternen oder in heißen interstellaren Gaswolken. Aber auch in der frühen, heißen Phase des Universums kurz nach dem Urknall befand sich die Materie im Plasmazustand. Im Vortrag wird gezeigt, wie die winzigen Schwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung als eingefrorene Schallwellen in der "Plasmasuppe" interpretiert werden können und wie man daraus kosmologischen Modelle mit sehr hoher Präzision testen kann. Staubige Plasmen, die neben die atomaren Komponenten auch Staubteilchen enthalten, findet man in z.B. Sternentstehungsgebieten oder in den Saturnringen. In den letzten Jahrzehnten wurden die Art von Plasmen aber auch zunehmend für die Laborforschung interessant, weil sich die vergleichsweise leicht beobachtbaren Staubteilchen als Kristalle oder Flüssigkeiten anordnen. Mit geeigneten Experimenten lassen sich z.B. Schmelz- und Kristallisationsprozesse mit beispielloser Genauigkeit untersuchen. Allerdings müssen die Experimente oft unter Schwerelosigkeit durchgeführt werden. Im Vortrag werden Plasmakristallexperimente im Labor und auf der Internationalen Raumstation (ISS) vorgestellt und deren Ergebnisse zu Selbstorganisationsprozessen von Vielteilchensystemen gezeigt werden.